Projets et candidats lauréats

La régulation de l’expression génique et de ses conséquences phénotypiques, telles que la survie et la prolifération cellulaires, repose étroitement sur l’organisation tridimensionnelle (3D) du génome. Les rétrovirus HTLV-1 et HIV-1 assurent leur persistance à long terme dans l’organisme par l’intégration de leur génome (provirus) dans l’ADN des cellules hôtes, combinée à l’expansion clonale des cellules infectées. Toutefois, les mécanismes précis impliqués dans ce mode de persistance provirale, en particulier le rôle des interactions chromatiniennes 3D entre le provirus et le génome hôte, restent encore mal compris. Dans ce contexte, nous avons récemment développé une approche innovante, COSMIQ-4C (Clone-specific Multi-contact Quantitative 4C), permettant d’analyser simultanément la structure 3D des interactions provirus-génome et la clonalité des cellules infectées par HTLV-1. Ce projet d’initiation vise à adapter cette technologie à l’étude des cellules infectées par HIV-1 et à en améliorer la sensibilité pour permettre l’analyse d’échantillons à faible charge provirale, tant pour HTLV-1 que pour HIV-1. Les résultats attendus fourniront une preuve de concept essentielle pour l’application de COSMIQ-4C à des échantillons cliniques, dans le but de mieux caractériser les réservoirs viraux persistants et d’identifier de nouvelles pistes pour leur contrôle ou leur élimination.

Cette recherche vise à combler les lacunes actuelles dans la compréhension des mécanismes immunologiques sous-jacents à l'infection par le virus de l'hépatite D (VHD), une maladie hépatique sévère et progressive. Bien que l'infection par le VHD puisse entraîner des complications graves telles que la cirrhose et le carcinome hépatocellulaire, elle reste moins étudiée que les autres hépatites virales. Il est donc indispensable de mieux comprendre les mécanismes immunitaires impliqués dans l'infection par le HDV. Ce projet propose une analyse approfondie du profil immunitaire des patients atteints de VHD, en utilisant des échantillons de sérum, de cellules mononucléaires du sang périphérique (PBMC), ainsi que des biopsies hépatiques fraîches et fixées en paraffine. L'accent est mis sur l'étude des interactions entre les cellules dendritiques (DCs) et les cellules effectrices du système immunitaire, dont l'altération pourrait contribuer à la persistance virale. En effet, nous émettons l'hypothèse que la persistance de HDV pourrait être causée non seulement par l'épuisement des cellules effectrices, mais également par une possible défaillance des interactions immunologiques entre DCs et
cellules effectrices. En étudiant le sérum, les cellules mononucléées du sang périphérique (PBMCs) et les biopsies hépatiques d'une cohorte unique de patients atteints du HDV, nous visons à découvrir de nouveaux mécanismes sous-jacents à la persistance du HDV et à identifier des cibles thérapeutiques potentielles. Le projet bénéficiera également de l'accès à une cohorte longitudinale de patients traités par bulevirtide, permettant de
corréler la progression de la maladie avec les résultats du traitement.
En s'appuyant sur une collaboration étroite entre cliniciens et chercheurs, cette étude ambitionne de révéler des marqueurs immunologiques clés et des voies thérapeutiques potentielles, améliorant ainsi les perspectives cliniques pour les patients atteints de VHD.

Chez les virus à ARN positif, les complexes de réplication permettant la réplication du génome viral sont associés à des endomembranes cellulaires. Après traduction, l’une des protéines non structurales virales cible spécifiquement une membrane intracellulaire, s’y associe, la déforme puis recrute les autres protéines impliquées, virales et cellulaires. Ce processus est essentiel pour le cycle de réplication virale et est actuellement considéré comme une cible idéale à inhiber pour lutter contre les infections à ARN positif. Le développement d’inhibiteurs spécifiques nécessite la compréhension des processus liés à la formation du complexe de réplication membranaire, propres à chaque virus.
Ces dernières années, des travaux fondateurs ont permis de décrire les premières étapes de ce processus chez deux virus de la superfamille des Alphavirus-like, le virus du Chikungunya et le Flock house virus. Il a été montré que le complexe de réplication est formé à partir d’une structure protéique oligomérique en forme d’anneau, associée à une membrane cellulaire, qui sert ensuite de plateforme pour le recrutement des autres protéines impliquées. Il a également été montré que la protéine qui constitue cet anneau est l’enzyme responsable de l’ajout de la coiffe à l’extrémité 5’ des nouvelles molécules d’ARN viral, une propriété qui semble généralisable à l’ensemble des Alphavirus-like.
Avec ce projet, nous proposons d’étudier le rôle de l’enzyme d’ajout de coiffe du virus de l’hépatite E (domaine MetY) dans la formation du complexe de réplication. Des données de la littérature et issues d’expériences préliminaires de notre laboratoire laissent supposer que le domaine MetY interagit avec des membranes et s’oligomérise à leur contact.
Nous souhaitons spécifiquement
     i) prouver que MetY interagit avec des membranes,
     ii) identifier les motifs de MetY qui interagissent avec les membranes,
     iii) décrire la structure atomique de l’oligomère de MetY associé aux membranes.
Nous utiliserons pour cela une approche de biologie structurale intégrative, en combinant des techniques de biochimie, de biologie structurale (à la fois computationnelle et expérimentale) et de biologie cellulaire.
Nos résultats permettront pour la première fois de décrire le rôle de MetY à des échelles moléculaires et atomiques, approche unique dans les recherches qui sont actuellement menées sur le HEV à travers le monde. A terme, ces résultats permettront d’envisager la conception d’inhibiteurs destinés à inhiber spécifiquement le complexe de réplication du virus de l’hépatite E.

La communication au niveau des cellules immunitaires s'effectue au niveau de contacts étroit appelés synapses immune (IS). Ces IS sont essentiels pour la réponse de l'hôte aux agents pathogènes, mais sont détournés par ces derniers à leur propre profit. Ainsi, le VIH-1 détourne des composants de ces IS pour former des jonctions spécifique, appelées synapses virologiques (VS), par lesquelles le virus peut se propager d’une cellule à l’autre. Malgré de multiples études, leur formation et fonctionnement ne sont pas encore totalement compris. Cependant, il apparait clairement dans la littérature que le trafic vésiculaire joue un rôle central dans l’assemblage et les fonctions des VS. Ces dernières années, plusieurs études ont souligné le rôle potentiel de la protéine ATG9A en tant que régulateur général du trafic vésiculaire. ATG9A est présent au sein de vésicules, appelées ci-après « vésicules ATG9A ». Le rôle principal de ces vésicules a été principalement documenté dans le contexte de l’autophagie, où elles « alimentent » en protéines et lipides la membrane des autophagosomes en formation. A côté de ce rôle dans l'autophagie, ATG9A est impliqué dans des processus non liés à l'autophagie. Plusieurs études ont mis en évidence la présence de vésicules ATG9A au niveau du site présynaptiques des neurones, avec un rôle potentiel dans le renouvellement de la membrane synaptique.

Dans ce projet, nous émettons l'hypothèse que grâce à sa capacité à interagir avec les membranes, les vésicules ATG9A participent à la formation et l'efficacité des synapses virologiques de par leur capacité intrinsèque à faciliter la délivrance de protéines ou la distribution de lipides au sein de membranes.

Notre objectif est de découvrir de nouveaux facteurs et mécanismes impliqués dans la propagation virale.

Le premier objectif est de définir le rôle des vésicules ATG9A sur la transmission du VIH-1 médiée par les VS. En utilisant la microscopie confocale et de super résolution, nous caractériserons le recrutement de ATG9A à la VS et déterminerons si ces vésicules ATG9A sont essentielles à son architecture et efficacité. Cette analyse permettra de déterminer le rôle d'un sous-ensemble spécifique de vésicules dans l'organisation et la fonction des VS.

Le deuxième objectif est d'étudier les voies cellulaires impliquant les vésicules ATG9A et leur influence sur la transmission du VIH-1. Nous utiliserons une approche d'inhibition spécifique de ces voies, combiné à la microscopie confocale et la cytométrie de flux quantitative, pour les perturber sélectivement et évaluer leur impact sur la transmission du VIH-1. Cette approche nous permettra de dissocier les fonctions spécifiques au VIH-1 des vésicules ATG9A de leurs rôles cellulaires plus généraux et comprendre pleinement comment le virus exploite cette protéine pour sa transmission.

Le troisième objectif est de mieux comprendre le mécanisme moléculaire par lequel ces vésicules ATG9A influencent la VS en caractérisant les protéines et les lipides associés à ces vésicules lors de la transmission du VIH-1. Nous réaliserons une analyse comparative de leur composition protéique, par spectrométrie de masse quantitative et lipidique par shotgun. Une analyse intégrative de ces données nous permettra d’identifier de nouveaux facteurs impliqués dans la propagation du VIH-1 et d’identifier de nouvelles cibles pour bloquer la transmission du virus.

Ce projet sera réalisé par une approche multidisciplinaire utilisant une gamme variée d'outils et de méthodes tels que l'isolement de compartiments, la virologie et l'imagerie, sur la base de mon expertise et de celle de notre laboratoire sur ATG9A et le VIH-1.

Ce projet se déroulera à l'Institut Cochin, (INSERM U1016-CNRS UMR 8104- Université Paris Descartes) dans le laboratoire du Dr. Clarisse Berlioz-Torrent et Dr. Stéphane Emiliani. Ce projet sera dirigé par moi-même (CRCN, INSERM – 100%) et impliquera un candidat ingénieur (100%) et des étudiants en Master (100%) en collaboration avec Clarisse Berlioz-Torrent (DR2, INSERM – 10%).

Par rapport à l'hépatite B (HBV), l'hépatite Delta (HDV) accélère la progression de la maladie hépatique, augmentant le risque de cirrhose, de cancer du foie et de mortalité. Malgré l'approbation récente du bulevirtide, ce traitement n'élimine pas le virus chez tous les patients, ce qui souligne la nécessité de stratégies thérapeutiques plus efficaces et d'une meilleure compréhension de la pathogenèse du VHD. La majorité des études actuelles se sont concentrées sur des modèles animaux, souvent sans environnement immunitaire adéquat ou uniquement sur des infections aiguës. Ces modèles, bien qu'utile, ne reflètent pas la complexité de l'infection chronique du VHD chez l'homme ni les interactions avec le microenvironnement hépatique. L'étude Delta-DECODE vise à combler cette lacune en apportant des données transcriptomiques à grande échelle issues de biopsies hépatiques bien caractérisées de patients co-infectés par le VHD et le VHB, ainsi que de patients monoinfectés par le VHB.

L'objectif principal de cette étude est d'élucider les mécanismes moléculaires et cellulaires responsables de la progression agressive de la maladie et de la fibrose dues au VHD, grâce à des technologies avancées comme le séquençage de l'ARN, la déconvolution à cellules uniques et la transcriptomique spatiale. Un autre objectif est de développer une signature pronostique hépatique (PLS) spécifique au VHD, capable de prédire la progression de la maladie et d'identifier les patients à haut risque. La PLS pourra également être appliquée à des modèles in vitro pour découvrir de nouveaux biomarqueurs ou cibles thérapeutiques.

L'étude rassemblera une cohorte de 120 patients infectés par le VHD et 120 patients infectés par le VHB, appariés selon le stade de fibrose, le sexe et l'âge. Le séquençage de l'ARN identifiera les changements d'expression génique, et la déconvolution de cellules uniques analysera l'interaction du VHD avec le microenvironnement hépatique. La transcriptomique spatiale cartographiera l'ARN du VHD, les populations de cellules immunitaires et leurs interactions, offrant ainsi des informations cruciales sur la dynamique spatiale de l'infection.

Le développement d'une PLS spécifique au VHD sera un résultat important de ce projet. En intégrant les données transcriptomiques avec les informations cliniques à long terme, l'étude établira une signature permettant d’identifier les patients à haut risque de complications. La cohorte sera divisée en un groupe d'entraînement de 80 patients et un groupe de validation de 40 patients. L'étude évaluera aussi si les PLS existants, développés pour d'autres maladies hépatiques, peuvent être appliqués aux patients atteints de VHD.

La recherche s'étendra sur deux ans. La première année sera consacrée à la constitution de la cohorte, à l'extraction de l'ARN et au profilage transcriptomique, ainsi qu'à la collecte des données cliniques. Ensuite, la déconvolution des cellules uniques et l'analyse bioinformatique exploreront les mécanismes moléculaires de l'infection par le VHD. La deuxième année sera dédiée à la validation des résultats par transcriptomique spatiale, afin de mieux comprendre les interactions entre le VHD et le microenvironnement. À la fin de l'étude, la PLS spécifique au VHD sera finalisée et validée.

Cette recherche apportera des informations précieuses sur la dynamique cellulaire et spatiale de l'infection par le VHD, améliorant ainsi notre compréhension des interactions entre le microenvironnement hépatique et le VHD. Le développement d'une PLS spécifique permettra d'identifier les patients à haut risque, indépendamment de la fibrose hépatique, qui nécessiteront une surveillance accrue. Ce projet fournira également les premières données transcriptomiques à grande échelle sur des biopsies hépatiques du VHD, constituant une avancée significative dans la recherche. Ces données permettront de mieux comprendre la pathogenèse du VHD, et d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques et biomarqueurs de réponse aux traitements, facilitant ainsi le développement de thérapies plus efficaces pour cette infection virale complexe.

De nombreux aspects du trafic intracellulaire du virus de l'hépatite B (VHB) restent méconnus. La voie d'entrée du
virus, qui est l'un des axes principaux de l'infection est encore à l'étude. Bien que les récepteurs du VHB aient été
identifiés, les mécanismes moléculaires impliquant l'entrée du VHB par ses récepteurs restent inexplorés. Le lieu
d'interaction entre le VHB et NTCP n'est pas connu. Les mécanismes d'interaction du virus avec l'EGFR restent peu
clair. Nos expériences préliminaires ont établi que le virus modulait des filopodes pour atteindre la membrane
plasmique des cellules. Durant ce projet, nous utiliserons des techniques d’imagerie en temps réel utilisant des VHB
fluorescents, pour décrypter les premiers mécanismes d'entrée du virus à l'intérieur des hépatocytes. Nous déterminerons le rôle des filopodes dans les processus d'entrée du virus. A travers nos études identifierons les partenaires protéiques modulés par le virus qui conduiront à sa capture par les filopodes, nous
déterminerons le rôle de HSPG, NTCP ou EGFR dans la fixation des virus aux filopodes, de plus nous décrypterons
les mécanismes médiant l'internalisation du VHB au sein des cellules hépatocytaire.