Introduction à la Virologie : Pourquoi travailler sur les virus ? Qu’est ce qu’un virus ? Interactions virus/hôte: (illustration a partir d’un exemple

Introduction à la Virologie :

Pourquoi travailler sur les virus ? Qu’est ce qu’un virus ? Interactions virus/hôte: (illustration a partir d’un exemple : le virus

HIV)

• Comment le virus se réplique ?

• Mécanismes de défense de l’hôte et échappement du HIV au

contrôle par l’hôte.

• Comment peut on mettre en place des stratégies antivirales

efficaces ?

Etienne DECROLY AFMB/MARSEILLE

Principales causes de mortalité dans le monde

> 9 virus ont « bougé » en 10 ans

1994- West-Nile virus: N Africa, Roumania, then USA (1999)

1997- Nipah virus: Malaysia

1997- H5N1: Honk-Kong, Viet-Nam

2000- Rift-Valley fever virus: crossed the Red sea…

2003- Monkeypox: USA

2005- Marburg virus (Ebola): Angola

2005- Japanese encephalitis: India

2005- Chikungunya virus: La Réunion, Indian ocean

2003- SARS coronavirus

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Définition des virus

Travail individuel :

• en 5 minutes tenter de définir la notion de virus

• identifier les étapes putativement ciblées par des

antiviraux

Travail collectif :

•Définir la notion de virus

Définition des virus

• Des objets biologiques, particulaires, de structure organisée.• Infectieux, subcellulaires, doués de continuité génétique. • Constitués au minimum d’un acide nucléique (ARN ou ADN) et de protéines. (soit l’ARN; soit l’ADN ; jamais les deux)• Ils sont des parasites intracellulaires absolus, et leur réplication dépend de la cellule hôte.

Ils ne possèdent pas d’appareil de traduction, ni de ribosomes. Ils ne possèdent pas d’information génétique relative au métabolisme énergétique. ils sont capables de perturber l’information génétique des cellules qu’ils infectent (mais ne provoquent pas obligatoirement la mort cellulaire). Ce sont des organismes inertes en dehors d’une cellule vivante. Ils sont capables de se transmettre de cellule à cellule. Tout être vivant est susceptible d’être infecté par au moins un virus (voie aérienne, cutanée, sexuelle ou par ingestion, par voie sanguine).

Corollaire

Certains composants du monde vivant ne sont pas des virus, mais s‘en rapprochent :

• les organites cellulaires (en particulier les mitochondries).• les éléments génétiques mobiles formés d’ADN ? (les plasmides et transposons)• les viroïdes responsables de pathologies chez les végétaux.• les prions (agents transmissibles non conventionnels).

Le virus HIV :

• Rappel historique et quelques statistiques

• Histoire naturelle de l’infection par le HIV

• Organisation des particules virales

• Le cycle réplicatif du HIV et cibles

thérapeutiques

Le virus HIV : Introduction historique

1981 : CDC Atlanta

1983

L. Montagnier / R. Gallo : identification du rétrovirus (LAV/HTLVIII, HIV)

– Biopsie ganglionnaires

– Contrairement au HTLV1-1 qui immortalise les cellules (oncorétrovirus) il tue les Lymphocytes TCD4

(lentivirus)

Voie d ’entrée = récepteur CD4 ( des cellules CD4+)

Découverte du HIV-2 (F. Clavel) (moins pathogène/ Afrique de l’ouest)

Pandémie mondiale (+ de 40 millions de personnes infectées).

Pneumocystis cariniiSarcome de KaposiInfections opportunistes

des cellules blanches (TCD4 500)Immunodépression?

Transmission :Sexuelle SanguineMère enfant

Syndrome d ’immunodéficience Acquise (SIDA)

1981 : CDC Atlanta

1983

Etat actuel de l’épidémie (1)




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Etat actuel de l’épidémie en FRANCE (5)

Situation en 2004 - (source : rapport delfraisy)

• Personnes vivant avec le HIV/SIDA : entre 60 000 et 176 000

• Nouveaux cas d'infection à HIV en 2001 : 5 000

• Cas de SIDA déclarés depuis le début de l’épidémie : 54 781

• Décès dus au SIDA en 2001: 409

• Décès dus au SIDA depuis le début de l’épidémie : 32 119

• 60% des cas traiter = succes virologique

Alerte sanitaire aux USA

« SIDA »

Isolement du VIH-1

Premier anti-rétroviral, l’AZT

Premiers cas de résistance à l’AZT

Premiers anti-protéases

Apparition de virus multirésistants

Situation dramatique en Afrique 20 millions de morts du SIDA40 millions de personnes

infectées

20 ans de lutte contre le VIH

1981

1982

1983

1987

1996

2004

Le virus HIV :





thérapeutiques

Histoire naturelle de l’infection HIV

Evénements cliniques et biologiques se manifestant en dehors de toute intervention thérapeutique

4 phases : – La contamination – La primo-infection– L’infection asymptomatique– La maladie

I - La contamination

• Le virus gagne les ganglions lymphatiques où il se multiplie.

• Pas de test biologique capable de prouver la présence du virus.

• En cas de contamination suspectée, il existe un traitement d’urgence:trithérapie devant être débutée dans les 24 h suivant l’acte contaminant et pendant un mois.

Sexuelle SanguineMère enfant

Voies de contaminations :

Résumé

Plusieurs années

Histoire naturelle de l’infection

Destruction continue

des cellules CD4+

Elimination quotidienne

des virus

1010 virus fabriqués/jour

Régénération accélérée des cellules CD4+

IMMUNITÉVIRUS

Destruction des cellules T CD4+

Apparition de maladies

opportunistes

IMMUNITÉ

VIRUS

Phaseasymptomatique SIDA

SCHEMA SIMPLIFIE DU DEROULEMENT CINETIQUEDES REPONSES ANTIVIRALES

Réponses Immunitaires

innées

Réponses Immunitaires adaptatives

Rapides, peu diversifiées, spécificité dégénérée, efficacité restreinte

pas de mémoire

lentes, très diversifiées, spécificité haute, efficacité forte

mémoire

Les responses immunitaires aux virus :

– Immunité Intrinsèque• défenses antivirales cellulaires : restrictions

– Apobec3G, FV1, Ref1, Trim5 etc..

– Immunité Innée immédiate• défenses antivirales cellulaires

– interférence ARN (destruction des mRNA)– ,Voies de la PKR (apoptose et inhibition traduction)– Voies TOL Mda5, de Rig-I et DAI …

• émission de signaux de dangers – ligands de NKG2D, IFN-/ …

– Système immunitaire adaptif: • Lymphocytes T CD8 (lyse des cellules infectées), LT CD4, • Lymphocytes B: anticorps (neutralisants, facilitants, ADCC)

– Effets néfastes pour l’hôte: immunopathologie

Plusieurs années

Pathogénèse du HIV

Phaseasymptomatique SIDA

VIRUS Défenses de l’hôteVIRUS

Défenses de l’hôte

• Efficacité réplicative du virus• Echappement au SI

• Cellules cibles : CD4• contrôle de la variabilité• hyper glycosylation • AC facilitants• Latence• Disfonctionnement du SI

• Contrôle de l’immunité innée• Effet cytopathogène

• cyncitas• Nef

• Contrôle par le SI•Anticorps•Cellules T cytotoxiques

• Défense cellulaire (immunité innée et intrinsèque)• Apobec 3G• contrôle de l’uracilation de L’ADN

VIRUS

Défenses de l’hôte

Le virus HIV :





thérapeutiques

Structure du virion

Particule viraleimmatureParticule viralematureFigure 2 : Particules virales HIV-1 observées en microscopie électronique sur section fine à différents stades de maturation (d’après Gelderblom; 1991).

Structure du virion

Le virus HIV :





thérapeutiques

Cycle d’infection par le HIV

Cycle de réplication du VIH-1

NoyauNoyau

CytoplasmeCytoplasme

Fixation au récepteuret au co-récepteur

Identification du récepteur CD4 :

• L’infection HIV induit une diminution du nombre de Lymphocytes T CD4+

• Des anticorps monoclonaux dirigés contre le CD4 bloquent l’infection in vitro

• La GP120 co-immunoprécipite avec le récepteur CD4• L’incubation du virus avec du CD4 recombinant titre l’infection

HIV• Des cellules HeLa ne sont pas infectables par le HIV-1; elles le

deviennent après transfection du gène codant pour le récepteur CD4

Une énigme subsiste :• Des cellules de souris qui ne sont pas infectables par le HIV-1

restent insensibles après transfection du gène codant pour le récepteur CD4

• Certaines cellules CD4+ humaines sont non infectables par le HIV

IL DOIT EXISTER UN CO-RÉCEPTEUR

Comment inhiber l’entré du virus

T20


NoyauNoyau



Décapsidation


NoyauNoyau



Décapsidation

Rétrotranscription

La rétrotranscription

Mécanismes d’action des inhibiteurs de la RT

2 types d’inhibiteurs(modes d’action différent)

Analogues de bases = Terminateurs de chaînes

Exemples :les inhibiteurs nucléosidiques (NRTI)

Les nucléotidiques (NtRTI)

Inhibition par par modification du site catalytique de la RT

Les inhibiteurs non nucléosidiques (NNRTI),

Mode d’action de L’AZT

N3

N3

Les analogues de base (NRTI et NtRTI)

Les nucléosides (analogues de base non phosphorylés)

Les nucléotides (analogues de base phosphorylés)

Inhibiteur non nucléosidiques de la RT

RT + Inhibiteur Non nucléosidiqueRT + ADN

Les informations structurale permettent de comprendre leur mode d’action.


NoyauNoyau



Décapsidation

Rétrotranscription

Transport au noyau


NoyauNoyau



Décapsidation

Rétrotranscription

IntégrationTransport au noyau

Cellules infectée est un « provirus »

L’intégration

• Lorsque la RT est finie, l’intégrase se repositionne aux extrémités du LTR, un dimère par LTR. D’autres protéines (NC et protéines cellulaires sont associées).

• Elle enlève 2 bases à l’extrémité 3’OH (3’ end-processing).

• Le 3’OH de chacun des brins fait une attaque nucléophile sur l’ADN cellulaire et coupe en quinconce.

• Des activités cellulaires (flap endonuclease, polymerase, ligase) réparent et dupliquent les 4 à 6 bases du quinconce.

• L’intégration se fait au hasard dans le

chromosome (débat sur région + ou -transcriptionnellement active)

Structure de l’intégrase

• Structure cristalline recherchée depuis 15 ans sans succès. Seul des domaines isolés sont connus. Protéine native quasi-insoluble et partiellement active.

• 3 domaines, Zinc binding en N-term, Core catalytique central et C-term domaine qui est plus variable

• Anti IN en phase II et I prochainement


NoyauNoyau



Décapsidation

Rétrotranscription


Régulation latence post

integrative/expression des virus

Fonctions promotrices du LTR 5’

• Certains facteurs de régulation sont spécifiques d’espèces et/ou de type cellulaires. Donc, outre le récepteur, les facteurs de transcription déterminent aussi la réplication virale dans une cellule/tissu/ou espèce.

• La concentration intra-nucléaire de ces facteurs est très contrôlée par l’état d’activation cellulaire. Le niveau d’expression du virus sera aussi très dépendant de l’activation et/ou la différentiation cellulaire

Transactivation par des facteurs viraux


NoyauNoyau



Décapsidation

Rétrotranscription


Traductionassemblage

Maturation protéolytique de Gag

Inhibiteurs

?

Les inhibiteurs de la protéase virale

• Premier inhibiteur de la protéase disponible en 1997

• La protéase clive les protéines virales précurseurs en protéines matures

• Fixation des IP sur le site catalytique inhibition réversible de la protéase

Maturation des particules virales

Le clivage protéolytique des précurseurs viraux permet de résoudre le paradoxe de l ’encapsidation/décapsidation

Les inhibiteurs de la protéase

Maturation de la particule HIV-1

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NoyauNoyau


Bourgeonnement


Décapsidation

Rétrotranscription


La machinerie de bourgeonnement

UbUb

ESCRT-III

Ub

Tsg101

Tsg101 ESCRT-IVirus

Ub

Ub Ubiquitine

Ub

ESCRT-II

MVB

Ub

Tsg101Ub

4Ub

Ub

4 Vps4

4

Résumé : Actions des anti-rétroviraux sur le cycle viral

INHIBITEURS DE L’ENTREE

INHIBITEURS DE L’IN

ANTI-PROTÉASES

INHIBITEURS DE LA RT

Résumé : Actions des anti-rétroviraux sur le cycle viral

CIBLES des ANTIVIRAUX

Enzymes virales du complexe de réplication

PolymérasesIntégrasescapping

Autres enzymes viralesprotéases viralesNeuraminidases

Fixation entrée Protéines virales régulant l'immunité innées ou acquise immuothérapies

Pourquoi les multithérapies sont elles plus efficaces?

Probabilité de sélectionner

un virus résistant (noir)

Vitesse de réplication virale

Concentration en antiviral

nulle sub optimal optimal toxique

dose a maintenir durant tout le traitement

Rappel immunité acquise

Documents

Introduction à la Virologie : Pourquoi travailler sur les virus ? Qu’est ce qu’un virus ? Interactions virus/hôte: (illustration a partir d’un exemple