Impacts du design de vecteurs dérivés du VIH-1 et de la machinerie de réparation de l'ADN sur l'expression lentivirale

par Gwenola Manic

Thèse de doctorat en Biologie Cellulaire et Moléculaire

Sous la direction de Jean-François Mouscadet.

Soutenue le 28-09-2012

à Paris 11 , dans le cadre de Ecole doctorale Cancérologie : Biologie, Médecine, Santé (2000-2015 ; Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne) , en partenariat avec Laboratoire de biologie et pharmacologie appliquée (Cachan, Val de Marne) (laboratoire) et de Laboratoire de Biotechnologie et Pharmacologie génétique Appliquée (laboratoire) .


  • Résumé

    Une meilleure connaissance des déterminants viraux et cellulaires impliqués dans la régulation de l’expression lentivirale est essentielle pour (i) maitriser l’expression d’un transgène dans le cadre d’un transfert de gène et (ii) mieux comprendre l’absence/la perte de l’expression du virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) observé en cas de latence virale après infection. Dans ce contexte, les facteurs cellulaires impliqués dans la reconnaissance et la réparation des cassures de l'ADN, activés dès les étapes précoces du cycle viral, pourraient participer au contrôle de l’expression rétrovirale. Dans la première partie de cette étude, nous avons généré une collection de vecteurs lentiviraux codant le transgène green fluorescent protein (gfp) avec des design variés : promoteur du VIH-1 [long terminal repeat (LTRs)] ou d’origine hétérologue [e.g., promoteur viral CMV (cytomegalovirus), ou humain PGK (phosphoglycerate kinase)], intégrase native ou mutée, LTRs natifs ou self inactivating (SIN). En particulier, nous avons caractérisé l’impact de l’insertion de différentes séquences hétérologues au sein des SIN-LTRs sur l’expression du transgène gfp au cours du temps dans un contexte compétent ou déficient pour l’intégration. Nous avons mis en évidence un phénomène de modulation du niveau d’expression du transgène (d’un facteur 0,3 à 1,8; comparé aux vecteurs sans insertion) qui est dépendant de la séquence insérée et de son orientation. L’expression transgénique résulterait donc d’une balance coûts/bénéfices associés à l’insertion d’éléments aux extrémités des vecteurs qui pourrait déterminer le niveau d’expression du transgène à partir de vecteurs modifiés. Dans la seconde partie, nous avons réalisé une analyse systématique et comparative de l’expression lentivirale au sein des cellules humaines de carcinome de côlon HCT 116 déplétées pour le complexe Ku. Ce complexe, qui est essentiel à la survie chez l’homme et est impliqué dans les processus de réparation de l’ADN, a été identifié comme une cible anti-VIH potentielle. Nous avons mis en évidence que la déplétion en Ku induit une diminution de l’expression précoce du VIH-1 de façon spécifique du LTR et indépendante de Tat. Même si l’action de Ku nécessite l’intégration du VIH-1, sa déplétion ne modifie pas l’efficacité d’intégration virale mais agit plutôt au niveau transcriptionnel. Da façon importante, la réactivation de l’expression du transgène après traitement par l’activateur de NF-κB (Nuclear Factor κB), le TNFα (tumor necrosis factor α) ou un inhibiteur des déacétylases d’histones, la trichostatine A est favorisée par la déplétion en Ku. A l’inverse, en présence d’un niveau normal en Ku, les cellules exprimant le VIH-1 seraient contre-sélectionnées dans le temps. Ainsi, la déplétion en Ku pourrait promouvoir l’établissement d’un état (reactivable) de latence transcriptionelle associé à une moindre contre-sélection des cellules transduites. Les résultats issus de ce travail de thèse démontrent que l’expression lentivirale varie en fonction de nombreux paramètres, dont (i) le design des vecteurs, (ii) le type cellulaire transduit et son fond génétique, et (iii) le temps écoulé depuis la transduction, reflétant ainsi des interactions différentielles entre le vecteur et son hôte.

  • Titre traduit

    Impacts of the Design of Vectors Derived From VIH-1 and of the DNA Repair Machinery on Lentiviral Expression


  • Résumé

    An improved knowledge of the viral and cellular determinants implicated in the regulation of the lentiviral gene expression is crucial (i) for a better control of transgene expression in strategies designed for gene transfer and (ii) for uncovering the mechanisms of viral latency observed after infection with the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) and accounting for the absence/loss of HIV-1 expression. Cellular factors involved in the mechanism of detecting/repairing DNA lesions are largely activated during the initial steps of viral cycle and, thus, may participate in the control of lentiviral expression. In the first part of this study, we generated a set of lentiviral vectors encoding for the transgene green fluorescent protein (gfp) with various design: the original promoter [long terminal repeat (LTRs)] or of heterologuous origins (e.g., the viral cytomegalovirus, CMV or the human phosphoglycerate kinase, PGK), wild-type or mutated integrase and wild-type or self inactivating (SIN) LTRs. By taking advantage of these constructs, we characterized the impact of the insertion of distinct heterologuous sequences within SIN-LTRs on the expression of gfp over the time in conditions of proficiency or deficiency for the integration. We put in evidence a phenomenon of modulation of the level of the transgene expression due to the insertion (by a factor of 0.3 to 1.8, as compared to vectors without insert) that was dependant from the nature and/or the orientation of the insert. We speculate that a balance between the costs and the benefits associated to insertion at the extremities of lentiviral vectors may dictates the level expression of transgene from this engineered construct.In the second part, we performed a systematic and comparative analysis of the lentiviral expression on human HCT 116 colon carcinoma cells depleted from the complex Ku. This complex, which is essential for the survival in humans and has a described role in DNA repair process, has been previously identified as a potential target against HIV-1. Here, we showed that Ku depletion induced a decrease of the HIV-1 early expression in a fashion that was specific for LTR and independent from Tat. Although Ku action needed HIV-1 integration to host genome, its depletion did not modify the viral integration efficiency but rather acted at transcriptional level. Importantly, the reactivation of transgene expression by administering either the NF-κB (Nuclear Factor κB) activator, tumor necrosis factor α (TNFα) or the histone deacetylase inhibitor named trichostatin A was favored in a condition of Ku depletion. On the contrary, in presence of normal level of Ku, cells expressing HIV-1 displayed a high level of counter-selection over the time. Thus, our observations pleased to favor the hypothesis that Ku depletion promotes the establishment of a state of (reactivable) transcriptional latency associated to a lesser counter-selection of transduced cells. Altogether, the results obtained during this thesis demonstrate that lentiviral expression vary depending on (i) specific vector design, (ii) the transduced cell line and its genetic backbone, and (iii) the time elapse from transduction, as a consequence of modified interactions between the vector and its host.


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