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Jury :
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Université Toulouse 3 Paul Sabatier (UT3 Paul Sabatier)
Rémi Planès
28 octobre 2013
La protéine Tat du VIH-1 active la voie TLR4: Effets sur l'expression des facteurs
immunosuppressifs IL-10, PD-L1 et IDO
ED BSB : Immunologie
INSERM U1043 Equipe 8 (Davrinche/Izopet)
Pr HAZAN Uriel (Rapporteur)
Pr CORBEAU Pierre (Rapporteur)
Dr EMILIANI Stéphane (Examinateur)
Pr PRATS Hervé (Examinateur)
Pr CHAP Hugues (Président du jury)
Elmostafa BAHRAOUI

Résumé
Introduction :
Au cours de l’infection par le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) on
observe une augmentation progressive de l’expression des molécules inhibitrices du système
immunitaire (IL-10, PD-L1 et IDO) principalement par les cellules présentatrices d’antigènes (CPA)
telles que les cellules dendritiques (DCs). Ces molécules agissent négativement sur la réponse
immunitaire anti-VIH et sont associées à la persistance du virus et à l’évolution de la maladie vers le
stade SIDA. Une des protéines virales impliquée dans ce mécanisme est la protéine Tat. En plus de
son rôle direct dans la transactivation du génome viral, Tat est sécrétée par les cellules infectées et
se retrouve à des concentrations de l’ordre du nanomolaire dans le sérum des patients. Dans la
circulation, Tat interagit avec les cellules immunitaires et module l’expression de nombreux facteurs
incluant des facteurs immunosuppressifs. Les travaux précédents du laboratoire, ont montré que Tat
agit au niveau membranaire, par son domaine N-terminal 1-45, afin de stimuler l’expression des
cytokines pro-inflammatoires TNF-α, et immunosuppressives IL-10 par les monocytes et les
macrophages humains. Plus récemment, la recherche du récepteur membranaire recruté par Tat a
permis de mettre en évidence l’implication du TLR4/MD2 dans l’interaction avec Tat.
Objectifs :
Mon projet de thèse qui s’inscrit dans la continuité des travaux du laboratoire a pour objectif
1) de caractériser davantage le rôle du TLR4 comme récepteurs de Tat en utilisant une approche
basée sur des modèles murins invalidés (KO) pour le TLR4 ou ses partenaires moléculaires (CD14,
MD2, MyD88, TRIF) 2) d’étudier l’effet de la protéine Tat et de son interaction avec le TLR4 sur la
modulation de la fonction des DCs incluant : la production de cytokines, la maturation, l’expression
des facteurs immunosuppressifs et la capacité à activer/inhiber les lymphocytes T.
Résultats :
L’utilisation du modèle de souris KO nous a permis de confirmer le rôle central du TLR4/MD2
comme récepteur de la protéine Tat ainsi que de mieux comprendre le mécanisme moléculaire mis
en jeu par Tat pour induire la production de l’IL-10 et du TNF-α impliquant le TLR4 mais également
les cofacteurs CD14 et MD2 ainsi que l’activation des deux voies de signalisation MyD88 et TRIF
dépendantes.
L’étude des effets de l’interaction Tat-TLR4 sur la modulation de la réponse immunitaire des
DCs nous a permis de montrer que i) Tat induit la production des cytokines pro-inflammatoires IL-6,
IL-12 et des IFN-α et IFN-γ en plus de l’IL-10 et du TNF-α ; ii) Tat induit la maturation des DCs en
augmentant l’expression de CD83, CD80, CD86 ; iii) Tat stimule l’expression des facteurs
immunosuppressifs IL-10, PD-L1 et IDO associées à une inhibition de la prolifération des LT ; iv)
l’ensemble de ces effets sont abolis ou inhibés en bloquant l’interaction Tat-TLR4.
Conclusions :
Nos résultats suggèrent que le VIH-1, par l’intermédiaire de sa protéine Tat, détourne le TLR4
à la surface des CPA pour induire la production de facteurs pro-inflammatoires et stimuler
l’expression des molécules immunosuppressives directement associées à la perte de fonction du
système immunitaire. Il n’est donc pas exclu que Tat, à cause de son expression précoce, contribue à
instaurer un état immunosuppressif très tôt après l’infection et serait aussi impliquée dans
l’affaiblissement du système immunitaire et la persistance virale.

Abstract
Introduction:
Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infection is associated with a gradual increase
in the expression of inhibitory molecules including IL-10, PD-L1 and IDO essentially by antigen
presenting cells (APCs) such as dendritic cells (DCs). These molecules act negatively on the anti-HIV
immune response and are associated with viral persistence and disease progression towards AIDS.
One of the viral protein involved in this mechanism is Tat. In HIV-1 infected patients, Tat is secreted
in the sera at nanomolar levels. In addition to its role in viral cycle, Tat interacts with immune cells to
modulate the expression of many host genes including immunosuppressive factors. Previous work
from our laboratory have shown that Tat protein, by acting at the membrane level, via its 1-45 N-
terminal domain, stimulates the expression of pro-inflammatory cytokines TNF-α, and
immunosuppressive IL-10 production in human monocytes and macrophages. More recently, we
have shown the involvement of TLR4/MD2 in the interaction with Tat.
Objective:
The objective of my thesis was to 1) Further characterize the implication of TLR4/MD2 as
potential receptor of Tat protein. To this end mouse models invalidated (KO) for TLR4 or its
molecular partners (CD14, MD2, MyD88, TRIF) were used 2) Study the effect of Tat protein and its
interaction with TLR4/MD2 on the modulation of DCs functions including cytokine production,
maturation, and the expression of immunosuppressive factors and their effects on the stimulation or
inhibition of T cells activation.
Results:
The use of knockout mouse models has allowed us to confirm the central role of TLR4/MD2
as receptor for Tat protein and to better understand the signalling pathways recruited by Tat to
stimulate the production of IL-10 and TNF-α. Our results showed the importance of CD14 and MD2 in
addition to TLR4 and demonstrated that Tat activates both TRIF and MyD88-dependent pathways.
In parallel, the study of the effects of Tat-TLR4 interaction on the modulation of the immune
response of DCs allowed us to show that i) Tat induces the production of pro-inflammatory cytokines
IL-6, IL-12 and IFN-α and IFN-γ in addition to IL-10 and TNF-α ii) Tat induces the maturation of DCs by
increasing the expression of CD83, CD80, CD86 and iii) Tat stimulates the expression of
immunosuppressive factors IL-10, PD-L1 and IDO in association with the inhibition of T cells
proliferation. iv) All these effects were abolished or inhibited following the blockade of Tat-TLR4
interaction.
Conclusions:
Our results suggest that HIV-1 by its Tat protein hijacks TLR4 pathway in APCs to induce the
production of pro-inflammatory and immunosuppressive factors which are associated with the
impairment of immune functions. It is therefore possible that, because of its early expression, Tat
may help to establish an immunosuppressive state early after infection and thus contributed in the
weakening of the immune system and viral persistence.

Sommaire
INTRODUCTION ............................................................................................................. 1
I-LE VIRUS DE L’IMMUNODEFICIENCE HUMAINE (VIH) .............................................. 1
A-Le VIH-1 parmi les virus et les rétrovirus ..................................................................... 1
1. Les virus ........................................................................................................................... 1
2. Les rétrovirus .................................................................................................................. 2
a) Les rétrovirus endogènes et exogènes ...................................................................... 2
b) Classification des rétrovirus exogènes ....................................................................... 2
c) Le génome des rétrovirus ........................................................................................... 3
3. Les virus de l’immunodéficience humaine ..................................................................... 4
a) Données épidémiologiques ........................................................................................ 4
b) Découverte des virus de l’immunodéficience humaine ............................................ 5
c) Origine et diversité des virus de l’immunodéficience humaine ................................. 5
B-Biologie du VIH-1 ........................................................................................................ 7
1. Structure de la particule virale ....................................................................................... 7
2. Le génome ....................................................................................................................... 8
3. Les protéines virales ....................................................................................................... 9
4. Le cycle viral .................................................................................................................. 10
a) L’entrée du VIH-1 dans sa cellule cible ..................................................................... 11
Le récepteur CD4 .............................................................................................. 11
Les corécepteurs CCR5 et CXCR4 ...................................................................... 12
Le mécanisme de l’entrée du VIH-1.................................................................. 12
Le tropisme du VIH-1 ........................................................................................ 14
b) La décapsidation et la réverse transcription ............................................................ 15
c) Intégration dans le génome cellulaire ...................................................................... 18
d) Transcription du provirus ......................................................................................... 18
Activation en Cis de la transcription ................................................................. 19
Trans-activation de la transcription par la protéine tat ................................... 19
Transcription du génome du VIH-1 .................................................................. 21
e) Traduction des protéines virales .............................................................................. 22
f) Assemblage et bourgeonnement .............................................................................. 24
g) Maturation des virions ............................................................................................. 25
C-De l’infection au VIH-1 au Syndrome D’immunodéficience Acquise ............................ 26
1. La primo-infection ......................................................................................................... 26
2. La phase asymptomatique ............................................................................................ 27
3. Le stade SIDA................................................................................................................. 28