Projets et candidats lauréats

Activités anti-VIH des 12 sous-types d’interféron alpha

Les études de l’inhibition de la réplication du VIH par l’interféron alpha sont généralement limitées à l’utilisation d’un seul sous-type (alpha 2). Cependant, le génome humain code pour 12 sous-types, qui lient le même récepteur, mais avec des affinités différentes, et sont capables d’induire l’expression de séries de gènes communs et d’autres spécifiques à chaque sous-type. En conséquence, leur efficacité antivirale est différente à la fois sur un virus donné et sur des virus appartenant à des familles différentes.

Concernant le VIH, des publications relativement récentes ont démontré que certains sous-types sont plus efficaces que d’autres.  Nous avons entrepris une étude systématique de l’effet anti-VIH des 12 sous-types d’IFN alpha. Nous avons initialement confirmé une hiérarchie de l’effet antivirale sur la réplication du virus. Ensuite, de façon originale, nous avons mis en évidence des spécificités dans leur puissance d’inhibition sur des étapes précises du cycle viral.  Pour identifier des facteurs potentiellement responsables des différences d’inhibition observées, nous avons conduit une analyse de l’expression des ARN (RNAseq) par des cellules exposées à chaque sous-type ; analyse que nous avons réalisée par séquençage profond, à génome entier. Cette analyse a permis d’identifier un nombre restreint de gènes induits spécifiquement par certains sous-types. Notre but est d’identifier, parmi ces gènes, ceux qui sont responsables de l’inhibition observée à chaque étape du cycle viral. Le caractère non-biaisé de notre approche (RNAseq) nous permettra d’explorer l’implication de facteurs inattendus. En effet, notre analyse a mis en évidence l’induction de l’expression de gènes jusqu’alors non associés à la réponse interféron.

Cette étude nous permettra de définir le potentiel anti-VIH des IFN-alpha, qui se révèle bien plus vaste qu’initialement imaginé.  L’identification de nouveaux facteurs capables de cibler des étapes précises du cycle viral pourra inspirer des approches antivirales novatrices.

Il est maintenant bien documenté que le VIH-1 a un impact non négligeable sur les fonctions neurologiques et cognitives – des syndromes appelés "troubles neurocognitifs associés au VIH" (HAND). Même à l'ère des thérapies antirétrovirales combinées (CART), environ la moitié des personnes vivant avec le VIH (PLWH) traitées souffrent d'altérations neurophysiologiques de diverses intensités. L'exposition seule de particules de VIH et/ou de composants (et pas seulement la réplication), entraine astrogliose et neurotoxicité. Bien que les CART soient nécessaires pour réduire la gravité des altérations induites par le VIH sur le fonctionnement cérébral, des traitements complémentaires visant à atténuer les symptômes neurologiques doivent être trouvés. Ainsi, des modèles robustes pour étudier les HAND sont nécessaires pour découvrir de nouvelles stratégies thérapeutiques visant à traiter les conséquences de l'exposition du cerveau au VIH. Cependant, mesurer l'impact de l'infection cérébrale in vitro est une tâche complexe, car elle nécessite de modéliser les principales caractéristiques du système nerveux central (SNC), notamment son architecture tridimensionnelle hautement ordonnée, sa composition multicellulaire et son réseau neuronal entrelacé.

Nous proposons ici de rechercher des moyens de lutter contre les altérations du SNC associées au VIH en identifiant de nouvelles voies moléculaires spécifiques à certains types cellulaires affectés. Nous proposons d'utiliser un modèle cérébral 3D d'organoïdes corticaux infiltrés par des monocytes (MICO) pour effectuer un séquençage d'ARN sur cellule unique après exposition au VIH afin d'identifier et de valider les voies altérées par le VIH dans les différents types cellulaires infectés et non infectés du cerveau. Les interactions inter-cellulaires nous permettent d'évaluer le fonctionnement cérébral dans toute sa complexité en mettant l'accent à la fois sur les effets directs du virus sur des cellules spécifiques et sur les effets indirects qui surviennent par le biais des interactions cellulaires dans le tissu. Nous proposons d'identifier des composés qui peuvent être utilisés pour restaurer un fonctionnement cérébral normal en agissant sur les voies perturbées et/ou leurs acteurs moléculaires. Ensuite, nous évaluerons l'action des composés identifiés sur les MICO ainsi que sur des cultures organotypiques d'explants cérébraux post-mortem d'adultes (OPAB), qui sont l'un des modèles les plus proches d'un cerveau humain adulte. L'évaluation des cellules neurales saines par rapport à celles dysfonctionnelles dans nos modèles sera réalisée en utilisant des essais biologiques classiques ainsi qu'une analyse basée sur des enregistrements de potentiels de champ local et de la microscopie confocale 3D traité par intelligence artificielle. Cela nous permettra de calculer de manière non-biaisée un grand nombre de données et d'obtenir un outil prédictif pour cartographier et isoler de manière fiable les principales caractéristiques associées au cerveau humain exposé au VIH. Ces approches combinées devraient permettre d'identifier les voies altérées dans le SNC par le VIH, ce qui pourrait ouvrir la voie au développement futur de nouvelles thérapies réduisant les symptômes des HAND, et donc améliorer la qualité de vie des PLWH.

Chez certaines personnes vivant avec le VIH (PvVIH), des troubles neurocognitifs (TNC) peuvent survenir alors que la charge virale plasmatique est contrôlée par traitement antirétroviral.  Jusqu’à 1/3 des PvVIH sous traitement antirétroviral pourrait souffrir de formes asymptomatiques à modérées de déficits cognitifs.  L’étiologie et la pathophysiologie de ces formes neurologiques demeurent mal comprises, elles sont complexes et multifactorielles.  Selon une hypothèse prédominante, la neuroinflammation, liée à la neuropathogénicité de protéines du VIH et/ou à des facteurs contributifs indépendants du VIH, tels que des infections cérébrales, pourrait contribuer à ces troubles.  Par exemple, des données suggèrent qu’une infection cérébrale persistante par le parasite Toxoplasma gondii est associée à des TNC-VIH plus sévères, mais les mécanismes aggravateurs sont inconnus.

Antagoniste du récepteur CCR5, le maraviroc constitue à la fois un inhibiteur de l’entrée du VIH à tropisme CCR5, et un modulateur de la migration des leucocytes.  Certaines études encore controversées ont rapporté un effet bénéfique du maraviroc (en combinaison à un traitement antirétroviral) sur les TNC-VIH.  Hors contexte VIH, il est établi dans des modèles précliniques, que le maraviroc favorise la récupération cognitive dans des contextes neuroinflammatoires induits par un choc traumatique, un accident vasculaire ou au cours du vieillissement.  L’effet semble être dépendant d’une signalisation par CCR5 intrinsèque aux cellules résidentes du système nerveux central, telles que les neurones et la microglie.

Toxoplasma gondii est un parasite intracellulaire qui persiste de façon latente dans les neurones.  Des évidences suggèrent que cette infection chronique peut faire le lit de divers troubles neuropsychiatriques.  Notre équipe a récemment développé des modèles de toxoplasmose chez la souris qui miment les situations physiopathologiques retrouvées chez l’humain : encéphalite, latence, ou clairance.  Ces modèles nous ont permis de cartographier en détails la neuroinflammation et les dysfonctions cognitives associées à l’infection, dont certaines (déficits de mémoire spatiale) évoquent les TNC-VIH.  A ce jour, l’implication de CCR5 dans les altérations comportementales associées à T. gondii n’est pas connue, mais nous avons montré que l’infection par T. gondii accroit la production de ligands de CCR5 dans le cerveau.

Dans ce contexte, nous formulons l’hypothèse que l’effet aggravateur de l’infection par T. gondii sur les TNC-VIH pourrait être causé par la sur-activation du récepteur CCR5, et, par conséquent, que le maraviroc pourrait améliorer les TNC-VIH, de façon sélective chez les PvVIH T. gondii+.  Avant de pouvoir tester cette hypothèse chez l’être humain, l’objectif du projet MARADYSCO est d’évaluer, dans 2 modèles précliniques d’infection chronique par T. gondii (latence et encéphalite), l’effet du maraviroc sur la neuroinflammation et les performances cognitives des animaux.  Nous prédisons que le maraviroc pourrait restaurer les déficits mnésiques des souris infectées par T. gondii.  Nos expériences permettront aussi d’analyser si l’impact du maraviroc sur le comportement est lié à l’inhibition de la transmigration des cellules immunitaires dans le cerveau, et/ou à une action sur des populations résidentes telles que la microglie ou les neurones.

Des liens de causalité entre neuroinflammation et dysfonctions cognitives sont décrits dans plusieurs situations (neurodégénérescence, ischémie, choc traumatique, infections), mais les mécanismes neuroimmunitaires moléculaires à l’origine de ces perturbations restent peu élucidés.  Le caractère novateur de notre projet est d’interroger pour la première fois, à l’aide de modèles précliniques originaux, maîtrisés et caractérisés en détails sur les plans neuroinflammatoires et comportementaux, l’implication d’une voie particulière du chimiotactisme (et d’entrée du VIH) dans les désordres neurocognitifs.  Il pourrait conduire à réévaluer l’intérêt du maraviroc sur les TNC-VIH, en prenant en compte l’exposition préalable des sujets à T. gondii.

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.

Le but de ce projet est d’étudier le rôle joué par une population de phagocytes mononucléaires intestinaux (MP) exprimant le récepteur de la fractalkine CX3CR1 lors d’une infection par le VIH-1 / SIV. Ces cellules sont essentielles pour le maintien de l’homéostasie intestinale et nous émettons l’hypothèse qu’elles jouent un rôle crucial dans les événements immunologiques complexes entraînant une altération de la barrière épithéliale, une translocation microbienne, une inflammation et une activation immunitaire qui caractérisent le patient infecté par le VIH-1, même lorsqu’il est mis sous traitement antirétroviral.

Sur la base de nos résultats non publiés, l’hypothèse est que la population de MP de la lamina propria intestinale CX3CR1 + est affectée très tôt pendant l’infection par le VIH-1 / SIV, contribuant à la perte de l’intégrité de la barrière intestinale. La réduction significative en nombre de cette sous population pourrait prédisposer l’hôte à une translocation bactérienne et à une inflammation intestinale exacerbée. De plus, une série d’études ont prouvé le rôle déterminant des MP CX3CR1 + dans les réponses du système immunitaire au microbiote. En effet, la composition du microbiote peut moduler la réponse des MP CX3CR1 +. Nous supposons que dans des conditions normales, des membres spécifiques du microbiote activent les voies cellulaires dans les MP CX3CR1 + chargés de limiter l’inflammation intestinale en limitant les réponses des cellules T inflammatoires et en favorisant la fonction de barrière muqueuse intestinale. Inversement, la composition modifiée du microbiote fréquemment associée à l’infection par le VIH-1 fournit des signaux alternatifs aux MP CX3CR1 +, les conduisant à une élimination des bactéries et favorisant l’inflammation intestinale. L’infection par le VIH-1 est caractérisée par l’établissement d’une dysbiose intestinale, qui se caractérise par une perte de bactéries productrices d’acides gras à chaîne courte (AGCC). Ce projet se focalisera sur l’étude de comment les changements dans la composition du microbiote intestinal et / ou les métabolites produits par ces bactéries affectent la façon dont les cellules cibles intestinales du VIH-1, y compris les MP CX3CR1 +, réagissent à l’infection.

En utilisant l’infection par le SIV de Cynomolgus macaques et des approches in vitro, ex vivo et in vivo, le projet se concentrera sur deux objectifs:

_ Déterminer l’impact de l’infection SIV sur les MP intestinaux CX3CR1 + et leur contribution à la perte d’intégrité de la barrière épithéliale et à l’activation immunitaire,

_ Analyser le comportement des cellules mononucléaires intestinales en cas de dysbiose.

À long terme, nous avons donc l’intention d’évaluer si la restauration du microbiote intestinal et / ou la préservation de la population de MP intestinales CX3CR1 + pourrait améliorer considérablement l’intégrité intestinale et réduire l’inflammation chronique. Cette recherche pourrait contribuer à une meilleure compréhension de l’infection par le VIH et permettre d’identifier, évaluer et développer de nouveaux agents ou stratégies pour traiter les patients infectés par le VIH.