Equipe 08 - J. Izopet / B. Lagane (En cours) - Institut Toulousain des Maladies Infectieuses et Inflammatoires

Infection virale : persistance, réponse de l’hôte et physiopathologie

Responsables : J. Izopet, B. Lagane

Objectifs Scientifiques

Notre laboratoire s’intéresse à la physiopathologie des infections par le virus de l’immunodéficience humaine (HIV), le virus de l’hépatite E (HEV) et le virus zika (ZIKV). Nous étudions les mécanismes de persistance de ces virus chez l’hôte immunocompétent (HIV, ZIKV) ou chez l’immunodéprimé (HEV). Nous étudions les mécanismes d’entrée du HIV par les récepteurs de chimiokines, ainsi que la physiopathologie de l’infection HIV dans la muqueuse intestinale. Nous étudions également de manière détaillée les modes de transmission et la pathogénèse du HEV et du ZIKV au cours de la grossesse. Nos travaux reposent sur des modèles cellulaires originaux (explants placentaires, cytotrophoblastes extravilleux primaires, hépatocytes, entérocytes, lymphocytes circulants et tissulaires) et des échantillons cliniques (tissu intestinal, placentas précoces et à terme, sang et biopsies de patients immunodéprimés).

Nos Projets

AXE 1: HIV

Notre laboratoire développe un large éventail d’approches dans les domaines de l’immunologie, de la virologie, de la pharmacologie moléculaire et de la biologie structurale pour étudier des aspects importants de la physiopathologie de l’infection à VIH et du sida. Nous sommes profondément ancrés à l’interface entre les recherches fondamentales et cliniques et bénéficions de la proximité du CHU de Toulouse. Nos recherches s’articulent autour de deux axes principaux, qui sont eux-mêmes fortement interconnectés.

Mécanismes d’entrée du VIH-1 et leurs conséquences physiopathologiques

PI: B. Lagane; Participants: P. Colin, B. Puissant, S. Raymond, M. Armani

Nous nous intéressons aux propriétés d’interactions entre les glycoprotéines de l’enveloppe VIH-1 (Env) et leurs récepteurs cellulaires, i.e. CD4 et selon le tropisme viral, les corécepteurs CCR5 ou CXCR4. Nous étudions comment ces interactions sont régulées par des facteurs des cellules cibles et les réponses immunitaires de l’hôte et, inversement, comment le virus modifie les fonctions cellulaires et l’immunité de l’hôte. Enfin, nous cherchons à caractériser comment les propriétés de l’entrée virale façonnent les propriétés phénotypiques des virus et leur rôle dans les différents processus et stades de l’infection à VIH-1. Cela concerne en premier lieu l’étape la plus précoce de l’infection, à savoir la transmission du virus. Nous cherchons à identifier si des déterminants d’Env conduisent à la sélection de virus pendant la transmission et favorisent les premières étapes de l’établissement d’une infection chez l’hôte (Projet #1).

Nous étudions également comment les propriétés de l’entrée virale changent au cours de l’infection et, ce faisant, contribuent à sa pathogenèse, en particulier la déplétion des lymphocytes T CD4. À cet égard, nous étudions le rôle que les ligands naturels des corécepteurs, c’est-à-dire plusieurs chimiokines CC pour CCR5 et CXCL12 pour CXCR4, pourraient jouer comme force motrice de l’évolution des propriétés des virus utilisant CCR5 ou CXCR4 comme corécepteurs (Projet #2).

Un troisième projet porte sur la façon dont les propriétés des interactions d’Env avec les récepteurs cellulaires régulent le tropisme cellulaire des virus, en particulier leur capacité à entrer dans les macrophages. Ces cellules jouent un rôle essentiel dans la physiopathologie de l’infection à VIH-1. Elles forment des réservoirs viraux et contribuent à la dissémination du virus dans les tissus, en particulier dans le système nerveux central, ce qui a été lié au développement de troubles neurologiques chez les patients. Sur ce sujet, nous poursuivons actuellement nos récents travaux (Colin, PLoS Pathog., 2018) sur le rôle de l’hétérogénéité conformationnelle du CCR5 dans l’entrée du VIH-1 dans les macrophages, tant dans le contexte de l’infection par des virus libres que lors du transfert des virus entre lymphocytesT CD4 infectés et macrophages (Projet #3).

Nos travaux portent enfin sur la caractérisation des voies de signalisation intracellulaires qui découlent des interactions entre Env primaires et CCR5, lesquelles sont supposées contribuer à de nombreux aspects de la physiopathologie de l’infection. Nous supposons que la signalisation des Envs pourrait dépendre de la ou des conformation(s) de CCR5 auxquelles elles se lient, et que ce processus contribue aux différences dans les propriétés phénotypiques des différentes souches de VIH-1. Nous étudions actuellement cette question à l’aide de méthodes basées sur la technique du Transfert d’Energie de Résonance par Bioluminescence (BRET) pour suivre, en temps réel et dans les cellules vivantes, les événements les plus en amont de la signalisation du CCR5, i.e. les interactions avec les protéines G et les arrestines (Projet #4).

Persistance du VIH-1 sous traitement anti-rétroviral et défaut de reconstitution de l’immunité muqueuse intestinale

PI: P. Delobel; Participants: M. Requena, C. Vellas, N. Collercandy

La reconstitution des lymphocytes T CD4 reste incomplète au niveau intestinal chez les patients infectés par le VIH-1, malgré un traitement antirétroviral (ART) efficace. Ce défaut de reconstitution immunitaire est responsable d’une altération persistante de l’intégrité de l’épithélium, d’une translocation microbienne et d’une inflammation chronique à l’origine d’une morbidité non directement liée au Sida, telles que des maladies métaboliques et cardio-vasculaires.

Nous avons contribué à une meilleure compréhension des mécanismes qui entraînent une altération du recrutement des lymphocytes T CD4 dans l’intestin, notamment les cellules Th17, une sous-population des lymphocytes T essentielle à la défense de la muqueuse intestinale contre les agents pathogènes (Mavigner, J Clin Invest, 2012; Loiseau, Mucosal Immunol, 2016). Nous avons constaté que cette diminution du recrutement des lymphocytes T CD4 est due à une diminution de la production de certaines chimiokines par les entérocytes des patients infectés par le VIH-1, en particulier CCL20 et CCL25. En revanche, d’autres sous-populations de cellules T intestinales restent recrutées efficacement, telles que les cellules Th1 et les cellules T CD8 effectrices, par un chimiotactisme médié par CXCR3 (Loiseau, J Infect Dis, 2019). Elles contribuent en outre au défaut de recrutement des cellules Th17 par des mécanismes impliquant l’IFN-g et l’IL-18, alors que le recrutement de cellules Treg est augmentée, perpétuant ainsi le déséquilibre Th17/Treg. Nous avons également constaté que, contrairement aux cellules Th17, les cellules Th22 peuvent être efficacement recrutées dans l’intestin par l’axe CCL28-CCR10, en tant qu’alternative à l’axe CCL20-CCR6 altéré chez les patients infectés par le VIH-1 et traités par ART (Nayrac, Mucosal Immunol, 2020).

Nous poursuivons actuellement nos travaux pour mieux comprendre le réseau de chimiokines qui régit le recrutement des lymphocytes T dans la muqueuse intestinale, notamment les mécanismes impliqués dans la régulation négative de CCL20 et CCL25. Nous avons développé un modèle ex-vivo de cultures d’entérocytes primaires humains sur transwells, afin d’étudier la production de chimiokines par les entérocytes et les interactions lymphocytes T / entérocytes dans des co-cultures (axe 1).

Le deuxième axe de nos travaux concerne la persistance du VIH-1 dans la muqueuse intestinale sous ART. Nous avons développé différents outils moléculaires pour caractériser de façon détaillée le réservoir viral intestinal à partir de biopsies endoscopiques de patients sous ART (quantification de l’ARN et de l’ADN VIH résiduel, caractérisation des séquences complètes de provirus intégrés et de la complexité des quasi-espèces virales par NGS). La stimulation antigénique chronique qui résulte de la persistance de ce réservoir viral induit le recrutement de cellules T spécifiques du VIH-1 dans l’intestin, et contribue à altérer la reconstitution des cellules T CD4. Nous visons à mieux définir les réservoirs du virus et les cellules cibles du VIH-1 dans la muqueuse intestinale à l’aide de biopsies intestinales de patients traités, et en utilisant un modèle ex-vivo d’histocultures intestinales (axe 2).

Enfin, le troisième axe de notre travail est consacré à l’étude des mécanismes du déséquilibre Th17/Treg, ainsi que de ceux responsables de l’induction d’un phénotype d’épuisement des lymphocytes T dans l’intestin de patients traités. Nous étudions notamment le rôle d’IDO-1 dans ce mécanisme, et les interactions entre la persistance du VIH, le microbiote intestinal, et l’épuisement lymphocytaire (axe 3).

Ces travaux reposent principalement sur l’étude de biopsies endoscopiques intestinales prélevées à différents niveaux du tractus intestinal (duodénum, iléon et côlon) chez des patients infectés par le VIH-1 sous ART (n = 40) et chez des témoins non infectés (n = 40) recrutés au CHU de Toulouse dans l’étude ANRS EP61 GALT (PI : P. Delobel).

AXE 2: HEV

Pathogénèse de l’infection par le HEV

Rôle des lymphocyte T gamma delta lors de l’infection par HEV

PI : E. Champagne ; Participants: F. Abravanel, H. El Costa.

Le virus de l’hépatite E (HEV, génotype 3) est responsable d’infections chroniques chez les patients immunodéprimés. La persistance virale est liée à l’état immunologique des patients mais les déterminants sont largement inconnus. Nous nous sommes engagés à étudier les lymphocytes T γδ dans le contexte des infections virales humaines et nous avons observé que les lymphocytes T γδ présentent des marqueurs d’activation et de mobilisation chez les patients immunodéprimés à la phase aiguë de l’infection par HEV. Nous visons à clarifier leur rôle et si leur activation est bénéfique ou nuisible. Notre travail est basé sur l’analyse d’échantillons sanguins prélevés chez des patients à la phase aiguë, résolutive ou chronique d’infection. Bien que rarement symptomatiques, les infections aiguës chez les individus immunocompétents sont parfois diagnostiquées et permettent d’étudier l’immunité antivirale dans un contexte immunocompétent. La réactivité des lymphocytes T γδ contre les cellules infectées par le HEV est également étudiée dans des modèles d’infection in vitro, ce qui a révélé que le virus est capable de moduler les réponses des lymphocytes T γδ à certaines cytokines et favorisent leurs propriétés immunorégulatrices. Notre objectif est de déterminer si les propriétés immunomodulatrices du HEV opèrent in vivo et peuvent être ciblées à des fins thérapeutiques.

Caractérisation des cellules immunitaires au cours de l’infection par le VHE

PI : H. El Costa.

L’infection par le VHE représente actuellement la première cause d’hépatite aiguë virale dans le monde. Cette infection est particulièrement sévère dans trois groupes d’individus : la femme enceinte, le sujet âgé et le patient immunodéprimé. Dans ces trois situations la pathogenèse est mal connue. Toutefois, le virus n’étant pas cytolytique, des facteurs de l’hôte, tels que la réponse immunitaire, pourraient être impliqués. Dans ce contexte, nous avons récemment mis en évidence que les complications cliniques chez les personnes âgées sont associées à une forte activation des cellules T CD8 effecteurs mémoires, spécifiques et non spécifiques du VHE. Nous avons également montré que ces cellules présentent des défauts, qualitatifs et quantitatifs, de production de cytokines et sont dotées d’un potentiel cytotoxique élevé ainsi que d’une forte capacité à migrer vers le foie. Par ailleurs, les fonctions des cellules immunitaires dépendent étroitement de leur métabolisme énergétique (en particulier les voies impliquant le glucose, la glutamine et les acides gras) qui peut être profondément altéré par le vieillissement et les infections virales. De plus, une reprogrammation métabolique inappropriée est associée non seulement à une réponse fonctionnelle altérée mais également au développement de nombreuses pathologies. Ainsi, l’objectif global de notre projet est de caractériser la réponse et le métabolisme énergétique des cellules immunitaires au cours d’une infection par le VHE dans les 3 groupes de patients à risque et de déterminer les mécanismes responsables de la clairance virale et de la survenue de complications cliniques.

Etude du cycle de réplication du HEV

Rôle de l’autophagie dans le bourgeonnement du HEV

PI: S. Chapuy-Regaud ; Participants: J. Izopet, C Allioux.

Le bourgeonnement de la forme quasi enveloppée du virus de l’hépatite E (eHEV) dépend de la voie d’exocytose. Nous avons développé un système de culture du HEV sur cellules polarisées qui permet de reproduire les principales caractéristiques des hépatocytes (notamment la sécrétion polarisée de l’albumine et des d’acides biliaires et l’expression de ZO-1). Dans ce système, le eHEV est libéré sous une forme infectieuse, préférentiellement au pôle biliaire ; nos résultats préliminaires montrent également le rôle de l’autophagie. Notre objectif est de comprendre comment exocytose et autophagie sont détournées par le eHEV pour sa libération et quelles sont leurs interactions au niveau moléculaire. Dans ce but, nous étudions les caractéristiques des particules eHEV par protéomique et lipidomique et les événements intracellulaires impliqués par extinction de l’expression de protéines cibles par des shRNA et mise en œuvre de méthodes d’imagerie.

Réplication du HEV dans les entérocytes

PI: J. Izopet ; Participants: O. Marion, M. Migueres, S. Lhomme.

L’épithélium intestinal est la première barrière que le HEV doit franchir avant de rejoindre la circulation sanguine porte et accéder au foie. Les mécanismes par lesquels le HEV franchit les jonctions serrées de l’épithélium intestinal sont inconnus. Les données obtenues à partir d’un modèle animal indiquent que l’intestin est un site important de réplication extra-hépatique du HEV et que la lignée cellulaire d’adénocarcinome humain Caco-2 est permissive au HEV. Nos données provenant de patients pour lesquels un traitement par ribavirine a échoué suggèrent que l’intestin pourrait être un important réservoir pour le HEV. Le rôle des cellules M intestinales dans la réplication du HEV ou de la transcytose est inconnu. Nos données préliminaires provenant de cultures de cellules épithéliales primaires de l’intestin grêle, polarisées sur des inserts, indiquent que les entérocytes sont permissifs à HEV-1 et HEV-3 et libèrent des particules de HEV quasienveloppées, préférentiellement du côté apical. Nos principaux objectifs sont: (1) d’étudier la localisation du HEV dans la muqueuse intestinale après infection ex vivo d’explants intestinaux (2), d’étudier les modifications de la perméabilité des cellules épithéliales induites par l’infection par le HEV (3), de déterminer la localisation subcellulaire des protéines virales (4) d’évaluer le rôle des cellules M dans la réplication ou la transcytose du HEV (5) d’étudier l’effet de la ribavirine et de l’interféron alpha sur la production du virus (6)d’étudier les voies de signalisation immunitaires innées après l’entrée du virus (HEV-1 vs HEV-3) et la production de cytokines.

AXE 3: ZIKV

Le développement d’une réponse immune adéquate et contrôlée est cruciale pour maintenir l’homéostasie de l’’organisme. Une réponse déséquilibrée peut conduire à des maladies auto-immunes si le système immunitaire réagit trop fortement ou permet une expansion tumorale due à une réponse immunitaire insuffisante.

Nous étudions la réplication du ZIKV dans le compartiment génital et au niveau de l’interface materno-fœtale. Nous avons montré que le ZIKV provoquait des lésions au niveau de la decidua basalis maternelle, du placenta fœtal et du cordon ombilical. Nous avons également observé que le virus infectait une grande diversité de cellules : les fibroblastes de la decidua, le trophoblaste et les cellules mésenchymateuses du cordon ombilical.

Nous avons montré que le virus était présent dans le sperme des patients infectés pendant une période prolongée et que les spermatozoïdes étaient porteurs d’antigènes viraux. Nous étudions à présent les mécanismes de persistance du virus dans le compartiment génital.

Autres informations

Publications

2023

Peron, J. M.; Larrue, H.; Izopet, J.; Buti, M.

The pressing need for a global HEV vaccine Article de journal

Dans: J Hepatol, vol. 79, no. 3, p. 876-880, 2023, ISSN: 1600-0641 (Electronic) 0168-8278 (Linking).

Infection virale : persistance, réponse de l’hôte et physiopathologie

Objectifs Scientifiques

Nos Projets

AXE 1: HIV

AXE 2: HEV

Pathogénèse de l’infection par le HEV

Etude du cycle de réplication du HEV

AXE 3: ZIKV

Autres informations

Notre équipe

Publications

2023

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2015

2014

Impact sociétal

Connaissance de la biologie des virus à ARN et des mécanismes pathologiques

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