Projets et candidats lauréats

La tuberculose (TB) causée par les bacilles du complexe Mycobacterium tuberculosis (Mtb) est l’une des maladies infectieuses mortelles les plus répandues dans le monde. Malgré un traitement antibiotique standardisé, le déclin des cas de TB est lent et entravé par des problèmes liés à la mauvaise observance du traitement et à l’émergence de la résistance aux anti-TB. Pour infléchir la dynamique de la TB et faire face à la situation complexe de la résistante aux anti-TB, l’Organisation Mondiale de la Santé a élaboré la stratégie « End TB » visant à renforcer les soins centrés sur le patient. La prise en charge personnalisée des patients TB ainsi que le développement et la mise en œuvre de nouvelles stratégies (thérapies dirigées vers l’hôte et médicaments anti-TB) nécessitent des modèles robustes adaptés aux patients afin d’optimiser le traitement anti-TB personnalisé et d’évaluer les stratégies thérapeutiques innovantes. Le granulome tuberculeux est une structure tissulaire caractéristique de l’infection par Mtb, résultant d’une interaction complexe entre l’agent pathogène et les cellules immunitaires de l’hôte. Le granulome résume la plupart des caractéristiques physiopathologiques de l’infection à Mtb ainsi que des défis qui doivent être relevés par les traitements anti-TB (échappement immunitaire de l’agent pathogène, dormance bactérienne, problèmes de diffusion des antibiotiques, etc.). Cependant, les modèles de granulome in vitro ont généralement été réalisé en utilisant des cellules de donneurs sains ou ayant une TB latente, ainsi que des souches de référence de Mtb.

Pour atteindre la pertinence en tant qu’outil de médecine personnalisée, les modèles de granulome in vitro devraient être construits à partir d’échantillons biologiques provenant d’un même patient (avec les cellules mononuclées du sang périphérique (PBMC) comme source de cellules immunitaires et l’isolat clinique de Mtb apparenté). Cependant, ajouter de la complexité à ce modèle de granulome in vitro, en ajoutant la variable de l’isolat infectant de Mtb, entraîne le risque de perdre en reproductibilité et donc en fiabilité pour l’étude d’interventions ciblées. Par conséquent, nous proposons un programme de recherche translationnelle ayant pour but de comparer l’impact de l’isolat infectant de Mtb sur la dynamique de formation du granulome et le contrôle de l’infection à Mtb, et d’évaluer la reproductibilité de ce modèle. Pour atteindre ces objectifs, des échantillons collectés auprès de patients diagnostiqués avec la TB (isolats de Mtb et PBMC) et inscrits dans un essai clinique en cours seront utilisés pour générer des granulomes suivant les protocoles développés dans le laboratoire. Nous comparerons la reproductibilité et la dynamique de la réponse immunitaire ainsi que le contrôle de l’infection à Mtb dans ce modèle de granulome in vitro entre des paires hôte-pathogène sympatriques et allopatriques, ainsi qu’après une infection par la souche de référence H37Rv. Etant donné le but ultérieur d’utiliser ce modèle de granulome pour l’évaluation d’interventions, des facteurs d’infection faibles seront évalués pour générer des granulomes avec un phénotype « non-contrôleurs » sans croissance exubérante des bactéries. La dynamique de la formation des granulomes et la polarisation de la réponse immunitaire seront évalués par un score en microscopie optique et la libération de cytokines respectivement. Le contrôle de l’infection à Mtb sera évalué par le suivi de la charge bactérienne et de l’induction de la dormance de Mtb.

Ce projet preuve de concept permettra d’évaluer la pertinence et la reproductibilité de l’utilisation de l’isolat apparenté de Mtb dans un modèle de granulome in vitro personnalisé pour les patients TB. Ce modèle fournira des bases solides pour l’évaluation préclinique de nouveaux antibiotiques et de nouveaux schémas thérapeutiques anti-TB, ainsi que pour l’exploration de thérapies dirigées vers l’hôte. Enfin, nous pensons que ce modèle contribuera à accélérer l’innovation et l’optimisation du traitement de la TB.

HTLV-1 (Virus T-lymphotrope humain de type 1) est un rétrovirus ciblant les lymphocytes T CD4+, responsable d’une maladie neuro-inflammatoire TSP/HAM (paraparésie spastique tropicale/myélopathie associée à HTLV-1) et d’un cancer agressif, l’ATL (leucémie/lymphome T aiguë de l’adulte). La population de lymphocytes T infectés par HTLV-1 regroupe des cellules exprimant les gènes viraux mais également des cellules dans lesquelles le provirus est latent en raison de la répression de la Longue Répétition Terminale 5’ (LTR5’). Ceci constitue une stratégie virale pour échapper au système immunitaire, permettre la persistance virale et favoriser le développement de l’ATL. Le LTR5’ comprend le promoteur contrôlant l’expression des gènes viraux dont le gène du transactivateur viral Tax, qui transactive en retour ce même promoteur en induisant un remodelage nucléosomal à proximité́ du site d’initiation de la transcription. HBZ, gène viral transcrit dans l’orientation antisens à partir du LTR3’, est le seul produit viral exprimé à tous les stades cliniques, incluant l’ATL. HBZ est capable de bloquer la transactivation par Tax, agissant ainsi comme un facteur viral de latence.

Ce projet de recherches vise à mieux comprendre les mécanismes moléculaires régulant la transcription et la latence du HTLV-1, en se focalisant sur le rôle du facteur cellulaire BCL11b. En effet, les données préliminaires du groupe de Carine Van Lint montrent que BCL11b est recruté au niveau du LTR5’ et inhibe sa transactivation par Tax, ceci étant associé à l’induction de la dégradation de Tax par la voie de l’autophagie (résultats non publiés).

Pour poursuivre cette étude, nous allons (i) étudier le recrutement de BCL11b et de ses partenaires au niveau du LTR5’, (ii) caractériser l’interaction entre BCL11b et Tax ainsi que (iii) les déterminants cellulaires impliqués dans la dégradation de Tax induite par BCL11b. Pour ce faire, nous utiliserons d’abord des lignées cellulaires infectées de manière latente par le HTLV-1 puis validerons les données obtenues avec des PBMCs provenant de sujets infectés par le HTLV-1 soit asymptomatiques, soit HAM/TSP, soit ATL. En outre, nous étudierons le lien potentiel entre BCL11b et HBZ en analysant (iv) l’impact de BCL11b dans la régulation transcriptionnelle du LTR3’ et (v) l’interaction potentielle entre BCL11b et HBZ et donc leur possible synergie dans la répression du LTR5’. Enfin, nous étudierons (vi) le rôle de BCL11b dans l’accessibilité́ de la chromatine du génome HTLV-1 mais également l’accessibilité des gènes cellulaires cibles de BCL11b en réalisant des expériences d’ATAQ-seq sur des cultures ex-vivo de PBMCs provenant d’individus infectés par le HTLV-1 soit asymptomatiques, soit HAM/TSP, soit ATL, cultures dans lesquelles BCL11b aura été déplété par interférence ARN.

Ce projet basé sur la collaboration entre différentes équipes de cliniciens et des scientifiques spécialistes du HTLV-1 nous permettra de déterminer la relation HTLV-1/BCL11b en validant nos données dans le modèle le plus physiologique que sont les cellules primaires d’individus infectés par le HTLV-1. Nos résultats contribueront à une compréhension plus approfondie des mécanismes viraux et cellulaires d’établissement et de maintien de la latence du HTLV-1, ce qui pourra conduire au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques potentielles contre ce virus.

L’étude que nous proposons ici est un préalable nécessaire pour la mise en place ultérieure d’une étude sur le rôle de BCL11b chez les individus co-infectés VIH/HTLV. L’obtention des résultats prévus au terme de la première année (et non au terme des deux ans de financement) nous permettront de démarrer les premières études sur les individus co-infectés VIH/HTLV.

Introduction : La majorité des nouvelles infections par le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) surviennent lors de rapports sexuels non protégés. Après l’exposition de l’épithélium stratifié (tel que du prépuce interne) à du sperme contenant des cellules infectées par le VIH-1, le virus envahit rapidement l’épithélium et cible les cellules immunitaires résidentes ; en particulier le virus cible les cellules de Langerhans (CL) présentatrices d’antigènes, lesquelles transfèrent ensuite le VIH-1 infectieux aux cellules T CD4+. Plusieurs protéines du liquide séminal (LS) peuvent diminuer ou augmenter la transmission muqueuse du VIH-1. De plus, nous avons découvert que le transfert du VIH-1 est inhibé par le « calcitonin gene-related peptide » (CGRP), un neuropeptide sécrété par les neurones périphériques innervant tous les épithéliums muqueux.

Justification du projet : En combinant transcriptomique, protéomique et tests fonctionnels, nous avons identifié trois protéines associées à l’inhibition de l’infection muqueuse par le VIH-1 : i) la thrombospondine 1 (TSP1) dont la sécrétion est stimuler par le traitement des CL par le CGRP, ii) la thrombine, l’inducteur de TSP1 et, iii) CD47, un récepteur de TSP1. La thrombine et CD47 sont respectivement augmentée et diminué dans des échantillons de liquide séminal (LS) d’individus infectés par le VIH-1 sous traitement antiviral (VIH-1+/ART) qui inhibent l’infection muqueuse par le VIH-1. Le TSP1 neutralise le VIH-1 en se liant à sa glycoprotéine d’enveloppe gp120 et affecte l’activation des intégrines lors de sa liaison au CD47. De plus, l’infection par le VIH-1 réduit l’expression de CD47 dans les lymphocytes T CD4+.

Modèle de travail et hypothèses : La thrombine induirait la sécrétion de TSP1 à partir des CL et cellules épithéliales, ce qui entrainerait l’inhibition du transfert du VIH-1 des CL et l’infection des lymphocytes T CD4+. De plus, les interactions TSP1-CD47 favoriseraient la formation de synapses virales dont le nombre seraient réduit par la diminution du CD47 dans les lymphocytes T CD4+ induite par le VIH-1. Cette diminution serait associée au relargage d’exosomes CD47low dans les LS. Ces exosomes ne permettraient plus de contrecarrer l’augmentation de TSP1 induit par une thrombine élevée.

Résultats préliminaires : Nous avons récemment découvert que ; i) les CL humaines sécrètent du TSP1 après un traitement à la thrombine et au CGRP ; ii) le prétraitement des CL par la thrombine et l’ajout de TSP1 lorsque les CL sont cultivées avec des lymphocytes T CD4+ inhibent tous les deux le transfert du VIH-1 des CL vers les lymphocytes T CD4+ ; iii) la thrombine induit la sécrétion de TSP1 à partir d’explants de tissus du prépuce interne ; iv) la thrombine est détectée dans les échantillons LS VIH-1+/ART qui inhibent la translocation du VIH-1, suite à la formation de synapses virales impliquant CD47, dans des modèles de prépuce interne.

Objectifs et approches expérimentales : Nous caractériserons les fonctions muqueuses anti-VIH-1 de l’interactome TSP1, à l’aide d’essais / modèles complémentaires que nous avons déjà établis : 1) Nous déterminerons les mécanismes permettant à la thrombine d’induire la sécrétion de TSP1 à partir des CL/cellules épithéliales, et au TSP1 d’inhiber le transfert du VIH-1 des CL et l’infection des lymphocytes T CD4+ ; 2) Nous évaluerons la contribution des interactions TSP1-CD47 à la formation de synapses virales, et déterminerons la capacité du LS VIH-1+/ART à limiter la production et entrée du VIH-1 dans les reconstructions muqueuses, ainsi que la formation des conjugués cellulaires CL-T et l’infection de lymphocytes T CD4+ dans les explants de tissus du prépuce interne.

Perspectives : Ces études élargiront notre compréhension des mécanismes endogènes fondamentaux contrôlant la transmission sexuelle du VIH-1 et décriront des nouveaux rôles régulateurs anti-VIH-1 joués par l’interactome de TSP1. Comme TSP1 a déjà servi de base pour le développement de peptides antiangiogéniques, nos études pourraient ouvrir la voie à la conception de formulations à base de TSP1 pour la prévention clinique de l’infection muqueuse par le VIH-1.

Le rétrovirus HTLV-1 est le facteur étiologique de nombreuses maladies inflammatoires, dont une maladie neurodégénérative appelée myélopathie associée au HTLV-1/paraparésie spastique tropicale (TSP/HAM). Pour une personne infectée, le risque de TSP/HAM au cours de la vie est de 3%. Les patients ont en général été infectés à l’âge adulte, par exemple à la suite de rapports sexuels ou de transfusion de sang contaminé.

La maladie se développe en réponse à une infiltration de lymphocytes T CD4 infectés par le HTLV-1 dans le système nerveux central. Ceci conduit à une inflammation intrathécale et une activation des cellules gliales, astrocytes et microglie. La combinaison inflammation/activation conduit à la démyélinisation et la perte de fonctionnalité des axones et, in fine, à la mort des neurones. De plus, au cours de la TSP/HAM, la composition du liquide céphalorachidien (LCR) est altérée. L’impact d’un tel changement est inconnu.

Dans de nombreuses maladies neurologiques (eg sclérose en plaque, Alzheimer, Parkinson), il a été rapporté un changement du métabolisme des cellules gliales, principalement les astrocytes, et ce changement participe du développement de la maladie.

Nous supposons dès lors que chez les patients TSP/HAM, les cellules gliales subissent un changement métabolique. Par exemple, nous avons précédemment mis en évidence un stress mitochondrial systémique chez les personnes infectées par HTLV-1, par une étude protéomique des vésicules extracellulaires plasmatiques. Nous pensons qu’un tel changement pourrait participer au développement de la pathologie.

Il n’existe pas de modèle animal pour la TSP/HAM, et développerons donc cette étude in vitro. Notre objectif est d’étudier in vitro les profils métaboliques des cellules microgliales et astrocytaires, soit en présence de lymphocytes infectés par HTLV-1, soit en présence de liquide céphalo-rachidien (LCR) de patients atteints de TSP/HAM.

Ainsi, nous décrirons les changements du réseau mitochondrial dans les cellules gliales soumises à ces stress : en présence de cellules infectées ou de LCR de patients TSP/HAM. Nous étudierons également le métabolisme de ces cellules activées, en utilisant la plateforme Seahorse XF97. Enfin, par des études transcriptomiques, nous validerons des modifications cellulaires liées à ce changement métabolique.

Ce travail constituera la première étude du métabolisme de cellules neurales dans le contexte de l’infection par HTLV-1.