Régulation métabolique de l'infection des cellules T CD4 par VIH-1 : vers de nouvelles cibles thérapeutiques

par Zoï Vahlas

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Naomi Taylor.

Le président du jury était Els Verhoeyen.

Le jury était composé de Naomi Taylor, Els Verhoeyen, Asier Sáez-Cirión, Lucile Espert.

Les rapporteurs étaient Els Verhoeyen, Asier Sáez-Cirión.


  • Résumé

    La susceptibilité des lymphocytes T CD4 (LT) à l'infection par VIH-1 est régulée par le métabolisme du glucose et de la glutamine. Cependant, les contributions relatives de ces nutriments à l'infection étaient peu connues lorsque j’ai débuté ma thèse. Au cours de mes travaux, j'ai identifié la glutaminolyse comme une voie majeure alimentant la phosphorylation oxydative (OXPHOS) dans les sous-populations de LT activés naïves et mémoires, et j'ai découvert que l'induction de ce réseau métabolique est nécessaire pour une infection optimale par VIH-1. J’ai constaté qu’en condition limitante en glutamine, l’α-kétoglutarate (α-KG), un intermédiaire du cycle TCA (TriCarboxylic Acid) issu de la glutaminolyse, constitue un facteur clé de l'infection des LT CD4 par VIH-1. L'ajout d’α-KG exogène induit une augmentation rapide du ratio OXPHOS/glycolyse et rend les LT naïfs et mémoires plus susceptibles à l’infection. Par ailleurs, l’inhibition du flux glycolytique du pyruvate vers le lactate induit une augmentation de l'OXPHOS et de l'infection des LT CD4 par VIH-1. En accord avec ces données, les LT CD4 infectés présentent une augmentation de la biomasse et de l'activité mitochondriale en comparaison à leurs homologues non infectés. Ces données identifient l'équilibre OXPHOS/glycolyse aérobie comme un élément clé de l'infection des LT par VIH-1.Afin de mieux appréhender les voies métaboliques régulant l'infection des LT par VIH-1, j'ai développé une approche complémentaire basée sur l’utilisation de shRNA ciblant spécifiquement les transporteurs de nutriments GLUT1, ASCT2 et CAT1, permettant notamment le transport du glucose, glutamine et arginine dans la cellule, respectivement. Ainsi, j’ai observé une diminution de la survie d’environ 80% des cellules shRNA+, témoignant ainsi de l’importance de ces transporteurs lors de l’activation de ces cellules. Cependant, la permissivité des LT CD4 à l’infection par VIH-1 est impactée différemment par la diminution de l’expression des transporteurs de nutriments. Conformément aux données présentées ci-dessus, l’inhibition de GLUT1 n'a pas eu d'impact significatif sur l'infection par VIH-1, tandis que l’inhibition de CAT1 a réduit de manière significative l’OXPHOS ainsi que l'infection par VIH-1 (de 35 %). Il est toutefois surprenant de constater que l’inhibition d’ASCT2 entraîne une augmentation de l'infection de 20 %. Cela était associé à une persistance significativement plus élevée des cellules T naïves dont l’expression d’ASCT2 était inhibée, par rapport aux LT mémoires. Ces données mettent ainsi en évidence l’importance relative de ces 3 transporteurs de nutriments dans la survie des LT naïfs par rapport aux LT mémoires et démontrent leur impact spécifique sur la permissivité de ces populations à l'infection par VIH-1.En conclusion, en utilisant deux approches complémentaires, mes travaux de thèse révèlent l'impact critique de l'état énergétique d'une cellule T CD4 sur sa susceptibilité à l'infection par VIH-1. Mes données mettent en évidence l'importance du métabolisme mitochondrial, avec un environnement riche en intermédiaires du cycle du TCA comme l’α-KG, dans la régulation de la sensibilité des LT à l'infection par VIH-1. En outre, l'expression des transporteurs de nutriments impacte différentiellement la sensibilité des LT naïfs et mémoires à l'infection par VIH-1. Ces études offrent donc de nouvelles perspectives utilisant le métabolisme pour le développement de stratégies thérapeutiques ciblées contre l'infection par VIH-1.

  • Titre traduit

    Metabolic Regulation of HIV-1 infection in CD4 T cells : towards new therapeutic targets


  • Résumé

    The susceptibility of CD4 T cells to HIV-1 infection is regulated by glucose and glutamine metabolism, but the relative contributions of these nutrients to infection are not known. During my PhD, I identified glutaminolysis as a major pathway fueling oxidative phosphorylation (OXPHOS) in activated naïve as well as memory CD4 cell subsets, and found that induction of this metabolic network is required for optimal HIV-1 infection. Moreover, we determined that under conditions of attenuated glutaminolysis, the α-ketoglutarate (αKG) TCA (tricarboxylic acid) cycle intermediate is a rate-limiting step in infection; exogenous α-KG directly increased OXPHOS and rendered both naïve and memory CD4 T cells significantly more sensitive to infection. Furthermore, blocking the glycolytic flux of pyruvate to lactate resulted in an increased OXPHOS and a significantly augmented level of HIV-1 infection. In agreement with these data, infected CD4 T cells exhibited increased mitochondrial biomass and respiration as compared to their non-infected counterparts. These data identify the OXPHOS/ aerobic glycolysis balance as a major regulator of HIV-1 infection in CD4 T lymphocytes.In order to gain more insight into the metabolic pathways regulating HIV-1 infection in CD4 T cells, we developed a complementary approach to target upstream processes, specifically altering glucose (GLUT1), glutamine (ASCT2), and arginine (CAT1) transporter expression by lentiviral-mediated delivery of specific shRNAs. Testifying to the importance of these transporters, CD4 T cells with downregulated expression of either GLUT1, ASCT2 or CAT1 were negatively selected, resulting in a loss of approximately 80% of shRNA-transduced cells within 14 days. Notably, the permissivity of CD4 T cells to HIV-1 infection was differentially impacted by inhibition of specific nutrient transporters. Consistent with the data presented above, knockdown of GLUT1 did not significantly impact HIV-1 infection whereas knockdown of CAT1 significantly decreased both OXPHOS as well as HIV-1 infection (by 35%). Surprisingly though, ASCT2 knockdown resulted in a significantly augmented infection, by approximately 20%. Mechanistically, we found that this was associated with a markedly higher persistence of naïve, as compared to memory, T cells with downregulated ASCT2 levels. These data highlight differences in the relative importance of distinct nutrient transporters in the survival of naïve vs memory CD4 T cell subsets and demonstrate their specific impact on the sensitivity of these populations to HIV-1 infection.In conclusion, using two complementary approaches, my PhD research has revealed the critical impact of a CD4 T cell’s energetic state on its susceptibility to HIV-1 infection. My data identify the importance of mitochondrial metabolism, with an environment rich in TCA cycle intermediates such as α-KG, in regulating the susceptibility of CD4 T cells to HIV-1 infection. Furthermore, I find that nutrient transporter expression differentially impacts the sensitivity of naïve and memory CD4 T cells to HIV-1 infection. These studies therefore provide new prospects for the development of targeted metabolic therapeutic strategies against HIV-1 infection.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 30-06-2024

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