Le HIV M1 Virologie 2006 Pascal Poignard

Le HIV

M1 Virologie 2006

Pascal Poignard

HIV/AIDS: The Problem

• HIV/AIDS has become the worst epidemic in human history: 25 millions death since 1981

• 40 MILLLIONS INFECTED, 25 MILLIONS in AFRICA

• Current rates:14000/ DAY, 1/6 SECONDS

40 millions

4 millions

3 millions

Estimations mondiales à fin 2005Estimations mondiales à fin 2005Enfants et adultesEnfants et adultes

• Personnes vivant avec le VIH

• Nouveaux cas d’infection àà VIH en 2005

• Décès dus au SIDA en 2005

Environ 14 000 nouveaux cas d’infection à VIH par jour en 2005

• Plus de 95% des cas dans les pays à revenu faible et moyenPlus de 95% des cas dans les pays à revenu faible et moyen

• Près de 2 000 cas chez les enfants de moins de 15 ansPrès de 2 000 cas chez les enfants de moins de 15 ans

• Environ 12 000 cas chez l’adulte (15–49 ans), dont:Environ 12 000 cas chez l’adulte (15–49 ans), dont:

– près de 50% chez les femmesprès de 50% chez les femmes

– 50% environ chez les 15–24 ans50% environ chez les 15–24 ans

L’épidémie mondiale de VIH, 1990‒2005* L’épidémie de VIH en Afrique subsaharienne, 1985‒2005*

Nombre de personnes vivant avec le VIH

Prévalence du VIH en % chez l’adulte (15‒49)


Nombre de personnes vivant avec le VIH (millions)

0

10

20

30

40

50

1990 1995 2000 2005

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

1985 1990 1995 2000 2005

0

5

10

15

20

25

30

0,0

2,5

5,0

7,5

12,5

15,0


Nombre de personnes vivant avec le VIH (millions)

Estimation du nombre de personnes vivant avec le VIH et de la prévalence de l’infection (%) parmi les adultes

Cette barre indique la fourchette autour de la valeur estimée.

*Bien que les taux de prévalence en Afrique subsaharienne se soient stabilisés, le nombre réel de personnes infectées continue de progresser du fait de la croissance de la population. Appliquer le même taux de prévalence à une population croissante ne peut donner qu’un nombre croissant de personnes vivant avec le HIV.

10,0

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Vue d’ensemble de l’infection à VIH à l’échelle mondiale38,6 millions de personnes [33,4‒46,0 millions] vivant avec le VIH, 2005



Adultes (15+) et enfants vivant avec le VIH

2,7 millions[2,3‒3,1 millions]

64 000[38 000‒210 000]

930 000[620 000‒2,4 millions]

7200[3500‒55 000]

140 000[100 000‒420 000]

37 000[26 000‒54 000]

220 000[150 000‒650 000]

65 000[52 000‒98 000]


2005 2003

Nouveaux cas d’infection à VIH chez les

adultes (15+) et les enfants

Prévalence chez les adultes

(15-49) (%)

2005 2003

Décès dus au SIDA chez l’enfant et

l’adulte (15+)

VIH et SIDA : Statistiques et caractéristiques régionales, 2005


37 000[20 000‒62 000]

600 000[400 000‒850 000]

3400[1900‒5500]

59 000[47 000‒76 000]

27 000[19 000‒36 000]

53 000[36 000‒75 000]

30 000[24 000‒45 000]


2005


440 000[250 000‒720 000]


78 000[48 000‒170 000]

1,6 million[1,2‒2,4 millions]

330 000[240 000‒420 000]




2003


380 000[220 000‒620 000]


66 000[41 000‒140 000]


310 000[230 000‒400 000]

1,1 million[790 000‒1,7 million]




54 000[31 000‒150 000]

860 000[560 000‒2,3 millions]

9000[4300-69 000]

130 000[95 000‒310 000]

34 000[24 000‒47 000]

160 000[110 000‒440 000]

65 000[52 000‒98 000]


2005

6,1[5,4‒6,8]

0,2[0,1‒0,4]

0,4[0,3‒0,6]

0,3[0,2‒0,8]

0,5[0,4‒1,2]

1,6[1,1‒2,2]

0,8[0,6‒1,4]

0,5[0,4‒0,7]

1,0[0,9‒1,2]

2003

6,2[5,5‒7,0]

0,2[0,1‒0,3]

0,4[0,2‒0,6]

0,3[0,2‒0,7]

0,5[0,4‒0,7]

1,5[1,1‒2,0]

0,6[0,4‒1,0]

0,5[0,3‒0,6]

1,0[0,8‒1,2]


34 000[18 000‒57 000]

500 000[340 000‒710 000]

2300[1300‒3600]

51 000[40 000‒67 000]

28 000[19 000‒38 000]

28 000[19 000‒39 000]

30 000[24 000‒45 000]


Afrique subsaharienne

Afrique du Nord & Moyen-Orient

Asie

Océanie

Amérique latine

Caraïbes

Europe orientale & Asie centrale

Amérique du Nord, Europe occidentale et centrale

TOTAL

REGIONS

Afrique Australe

Prévalence du VIH chez les femmes enceintes reçues dans des servicesde soins prénatals, en Afrique subsaharienne, 1997/98‒2004

Afrique de l’Ouest

1997‒1998

1999‒2000

2001 2002 2003 20040

5

10

15

20

Pré

vale

nce

méd

ian

e d

u V

IH (

%)

Burkina FasoCôte d'Ivoire

GhanaSénégal

1997‒1998

1999‒2000

2001 2002 2003 20040

5

10

15

20

Pré

vale

nce

méd

ian

e d

u V

IH (

%)

Afrique de l’Est

Ethiopie

Kenya

République-Unie de Tanzanie

1997‒1998

1999‒2000

2001 2002 2003 20040

10

20

30

40

Pré

vale

nce

méd

ian

e d

u V

IH (

%)

50

MozambiqueAfrique du Sud

Swaziland

Zimbabwe

Note: Analyse limitée à des sites de surveillance cohérents pour tous les pays, excepté pour l’Afrique du sud (provinces) et pour le Swaziland (régions).

Sources: Ministère de la Santé (Mozambique); Département de la Santé (Afrique du Sud); Ministère de la Santé et des Affaires sociales (Swaziland); Ministère de la Santé et du Bien Etre de l’Enfant (Zimbabwe); Adapté de Asamoah-Odei, et al. HIV prevalence and trends in sub-Saharan Africa: no decline and large subregional differences. Lancet, 2004 (Ethiopie); Ministère de la Santé―Programme national de Lutte SIDA/MST (Kenya); Ministère de la Santé (République-Unie de Tanzanie); Conseil national de lutte contre le sida et les IST (Burkina Faso); Centre de Lutte et de Prévention des Maladies (CDC)—GAP—Côte d'Ivoire (Côte d'Ivoire); Services de Santé du Ghana (Ghana); Conseil National de Lutte Contre le SIDA (Sénégal).







Predicted life expectancy changes due to AIDS in some African countries

Country Previous 2010

Angola 41.3 35.0Botswana 74.4 26.7

Lesotho 67.2 36.5Mozambique 42.5 27.1 Rwanda 54.7 38.7

South Africa 68.5 36.5Zambia 71.4 34.6

(av. age in years)

HIV est un Rétrovirus

FAMILLE DES RETROVIRIDAE

Oncovirinaea (Virus Oncogènes)

Group B Mouse mammary tumor virus MMTV Souris

Group C Avian sarcoma virus ASV PouletMurine leukemia virus MLV

SourisFeline leukemia virus

FélinsBovine leukemia virus

Bovins

Human T-cell leukemia virus-I HTLV IHomme

Human T-cell leukemia virus-II HTLV II

Group D Mason-Pfizer monkey virus MPMVSinge

Spumavirinae

Simian foamy virus SFV SingeHuman foamy virus HFV HommeFeline syncytial virus FSV

FélinsBovine syncytial virus BSV

Bovins

Lentivirinae (Virus Lents)

Visna/maedi virus MVV/Visna MoutonEquine infectious anemia virus EIAV

ChevalCaprine arthritis encephalitis virus CAEV

ChèvreSimian immunodeficiency virus SIV

Singe

Human immunodeficiency virus-1 HIV-1Homme

Human immunodeficiency virus-2 HIV-2Homme

Caractéristiques des Rétrovirus

Virus à ARN (simple brin + non segmenté)

Enveloppés (gp d’enveloppe)

Transcription inverse de l’ARN viral en ADN double brin (transcriptase inverse ou RT) qui s’intègre dans le génome cellulaire (provirus)

Organisation génomique:gag: matrice, capside,

nucléoprotéinespol: RT et Intégraseenv: SU et TM

Membranevirale

Glycoproteines d’enveloppe (Env)

génome viralProtéines de structure (Gag)

Protéines à activité enzymatique (Pol)

SCHEMA SIMPLIFIE D’UNE PARTICULE RETROVIRALE

Morphologie des particules rétrovirales

Type A MMTV MLV ALV

MPMV BLV/HTLV HIV HFV


Une organisation génomique similaire:- gag (group antigen)- pol (polymerase)- env (envelope)

Communs à tous les rétrovirus

Reconnaissance et fixation du virus au récepteur exprimé à la surface cellulaire

Rôle de la glycoprotéine externe SU

Fusion entre membrane virale et membrane cellulaireRôle de la glycoproteine transmembranaire TM

Décapsidation du génome ARN et Reverse TranscriptionRôle de la protéine RT

Transport du génome vers le noyauPassif pour les Oncovirus: nécessité de division cellulaire

Actif pour les Lentivirus: s’intègrent en absence de division

Intégration de l’ADN viral au génome cellulaireRôle de la proteine IN

Les étapes clés du cycle rétroviral

Transcription du génome viralTraduction

Assemblage et bourgeonnement des particules viralesRôle majeur des protéines Gag

Transcriptase Inverse(RT, Reverse Transcriptase )

ARN + simple brin

Intermédiaire ARN/ADN

Dégradation matrice ARNPar activité RNaseH=> ADN simple brin

Synthèse 2ème brin ADN

ADN double brin => Intégration au génome cellulaire: Integrase


HIV(Human Immunodeficiency Virus)

= Un rétrovirus complexe appartenant à la famille desLENTIVIRUS

Pan troglodytesPan troglodytes

Cercocebus Cercocebus atysatys

Cercopithecus Cercopithecus lhoestilhoesti

CercopithecusCercopithecusalbogularisalbogularis

Colobus guerezaColobus guereza

Chlorocebus aethiopsChlorocebus aethiops

• SIVs are found naturally in African primates where they are not known to be associated with any disease.• Importantly, a number of divergent lineages or types of SIV have been identified.The general rule seems to be

that each infected primate species has its own specific SIV.

SIVcol

SIVsun

SIVlhoest

SIVmnd

SIVsm

HIV-2/A

HIV-2/B

SIVsyk

SIVagmVER

SIVagmGRI

SIVagmTAN

HIV-1/M

HIV-1/N

SIVcpz

HIV-1/O

SIVcpz

0.1

x

x

x

x

x

Origine





Cycle de réplication

EXPRESSION DU GENOME DU VIRUS HIV-1

9 gènes/ORF

15 protéines

• 6 protéines de structure: MA, CA, NC, P6, gp120, gp41

• 6 protéines accessoires: tat, vif, vpu, vpr, rev, nef

• 3 enzymes: protéase, reverse transcriptase, intégrase

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HIV: 9 ORF, 15 protéines

Bloque activité de APOBEC3G (enzyme cellulaire qui inhibe la réplication rétrovirale)

Structure

Average size: 145nm 4900 Gag proteins

Average size: 119-207 nm 3000-11000 Gag proteinsHIV-1 core: 1000-1500 CA

Structure

Viral envelope

gp120

gp41



HIV-1 entry

HIV entry

From Weiss C.D.

Cellules cibles du HIV

• Lymphocytes T CD4+, helper

• Monocytes, macrophages

• Cellules dendritiques

Transmission du HIV

• Virus fragile dans l’environnement (pas de transmission par cohabitation , salive, …)

• Horizontale: par le sang, sexuelle

• Verticale: mère a enfant (transplacentaire, accouchement, allaitement)

• Virus libre / cellules infectées ?

• Met en jeu DC au point d'entrée? Réplication au niveau des ganglions locaux puis dissémination.

Evolution naturelle de l’infection par HIV

Progression from HIV infection to AIDS

• Time varies

- several months to >12 years

• Affected by

- inocula type and amount of virus

- strain and virulence of virus

- overall health of host

- other infections present

- anti-HIV therapy

- genetic disposition



Réponse immune



Réponse immune durant l’infection par le HIV-1

Echappement au système immunitaire

Anticorps

- Variabilité

- Structure des gp d’enveloppe

Cellules T CD8:-Mutations épitope T-Down régulation MHC classe I (Nef)

-Latence / réservoirs

-Effet sur la maturation des T CD8

Pathogenèse

Déplétion en T CD4 qui conduit à l’immunodéficience:

• Mécanisme direct: atteinte massive des CD4 mémoire lors de la primo-infection

• Mécanisme indirect: augmentation de la susceptibilité à l’apoptose, diminution des fonctions thymiques, hyperactivation du système immunitaire

•amaigrissement•démence

Manifestations cliniques: Pathologies opportunistes

Hair leukoplakia (Latent EBV) CMV retinitis

Kaposi’s sarcoma (KSHV) Mycobacteria avium complex

Manifestations cliniques: Pathologies opportunistes

ELISA for HIV antibody

Microplate ELISA for HIV antibody: coloured wells indicate reactivity



Diagnostic

Western Blot

HIV-1 Western Blot• Lane1: Positive Control

• Lane 2: Negative Control

• Sample A: Negative

• Sample B: Indeterminate

• Sample C: Positive



Diagnostic

Traitements de l’infection par le HIV

• Inhibiteurs de la RT, nucléosidiques (AZT, ddC, ddI) et non-nucléosidiques (Nevirapine)

• Inhibiteurs de la protéase (Saquinavir, Ritonavir, Indinavir…)

• Inhibiteurs de l’entrée (T20, corécepteurs?)

• Inhibiteurs de l’Intégrase?

• Nécessité de cocktails

Vaccin du SIDA

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Vaccin du SIDA: aux limites de l’immunité.Pourquoi?

Dans le cas de toutes les infections pour lesquelles un vaccin efficace existe, les sujets infectés lors d’une infection naturelle sont ensuite protégés en cas de nouveau contact avec le même pathogène.

- Les vaccins copient la réponse immunitaire naturelle pour entrainer une protection.

- On peut étudier l’origine de la protection

Personne n’a jamais guéri de l’infection par le HIV,

n’a jamais éliminé le virus du SIDA.

La protection contre le HIV par une réponse

immunitaire est-elle possible? Un vaccin devra faire

mieux que la réponse immunitaire naturelle.

Pourquoi un vaccin du SIDA est-il possible?

•Sujets exposés non-infectés: toujours un mystère! - faibles réponses T, responsables??

- pas d’anticorps, sauf au niveau mucosal??- mécanisme immunitaire?- facteurs génétiques? (autres que délétion CCR5)

•Sujets non-progresseurs: la réplication virale est controlée par les cellules T chez de rares individus.

Les raisons d’espérer (1)

Les raisons d’espérer (2)

•Un vaccin de type atténué peut entrainer une protection totale chez le singe: -mécanisme reste mystérieux -souche vaccinale et infectieuse similaires

-approche impossible chez l’homme

•Les anticorps neutralisants peuvent protéger contre l’infection chez le singe.

Quelle réponse immunitaire pour un vaccin du SIDA?

Immunité induite par les vaccins

La meilleure réponse pour obtenir une protection complète serait l’induction par le vaccin d’anticorps neutralisants.

Les anticorps neutralisants bloquent l’entrée du virus dans les cellules, très tôt dans le cycle de réplication.

Ces anticorps sont en très grande partie à l’origine de la protection dans la plupart des vaccins.

Ils protègent contre l’infection par le HIV dans les modèles animaux.

Vaccin-Antigène

Anticorps

Cellule B

B mémoire

Plasmocyte

Cellule T

T mémoire

T tueuse

Cytokines

T auxilaire

Macrophage

Cellule infectée

Cellule infectée détruite par une cellule T tueuse



Ab

Vaccins visant à induire la production d’anticorps

HIV-1 entrée

neutralizing Abs:

•Polyclonal sera

•Human monoclonal antibodies: few available

viral challenge

PROTECTION

Les cellules T cytotoxiques détruisent les cellules infectées.

Elles pourraient empêcher les cellules nouvellement infectées de disséminer l’infection. Et aider les anticorps à contrôler précocement l’infection, à empêcher son installation, à l’avorter: probable mécanisme de la plupart des vaccins.

Pour HIV il n’y a pas d’évidence qu’une infection puisse avorter.

Une fois l’infection établie, les cellules T CTL pourraient

limiter la réplication du virus et ralentir la progression de la

maladie. Probablement l’effet le plus favorable qu’on

puisse attendre d’un vaccin basé sur les cellules T (la

plupart actuellement).

Dans les modèles animaux du SIDA, aucun vaccin

induisant des cellules T cytotoxiques n’a démontré de

capacité à empêcher l’infection.

Les cellules T CD8 controlent la réplication du virus.

Quel est le mécanisme exact? En tuant directement ou

en secrétant des cytokines (IFN)?

Pourrait orienter sur le type de vaccin à utiliser. De plus,

l’évaluation actuelle des vaccins est basée sur la

production d’IFN .

Les buts d’un vaccin du SIDA?

3 buts potentiels pour un vaccin du SIDA:

- prévenir l’infection: bloquer l’établissement d’une infection persistente est le but ultime (Anticorps neutralisants)

- ne pas prévenir l’infection mais diminuer la réplication virale (cellules T) et ainsi prolonger la vie des individus infectés

- réduire la transmission du HIV

0

40%

60%

95%

Effet sur la transmission d’un vaccin partiellement efficace

Approches actuelles

Essais en cours

Vaccins stimulant essentiellement les cellules T

Approches:-ADN nu-utilisation d’autres virus (adeno virus, vaccinia virus)-utilisation de cellules présentatrices des antigènes, cellules dendritiques-vaccin atténué pratiquement impossible

Stimulation de cellules T au meme niveau que ceux obtenus chez le singe difficiles chez l’homme (très différent chez la souris).

35 essais vaccinaux en cours, la plupart basés sur l’induction de cellules T tueuses

Gènes utilisés: gag, pol, nef , env

Sous-types: généralement B ou C

Multiples protocoles d’immunisation.

Vaccins stimulant essentiellement les cellules T

Vaccins stimulant essentiellement la production d’anticorps neutralisants

Viral envelope

gp120

gp41







Immunization with recombinant gp120: The Vaxgen phase III trial



gp120

Vaccin du SIDA: les difficultés

Variabilité énorme: une cible en perpétuel mouvement.- Capacité à muter- Capacité à recombiner- Réplication rapide:10 milliards de virus produits chaque jour

Problème aussi bien pour les anticorps que pour les cellules T;

Les vaccins doivent correspondre aux souches circulant dans la population à vacciner (sous-type au minimum).

Si le vaccin ne prévient pas complètement l’infection, risque d’échappement.

Difficultés (1)

The HIV/AIDS Pandemic: HIV-1 group M subtypes

• UNAIDS estimates HIV infects 40 million people, the majority of whom reside in sub-Saharan Africa.UNAIDS estimates HIV infects 40 million people, the majority of whom reside in sub-Saharan Africa.• Tremendous viral genetic variation has been found. Tremendous viral genetic variation has been found. • The majority of variants cluster in the HIV-1 group M “subtypes”.The majority of variants cluster in the HIV-1 group M “subtypes”.

A

J

G

H

C

D

F1

F2

K

B

env

0.1

Difficultés (2)

HIV est un rétrovirus qui établit une infection qui persiste toute la vie de l’individu (intégration).

Si l’infection est établie, on ne peut plus l’éliminer. Le seul espoir est alors de la controler.

Les cellules infectées peuvent etre invisibles au système immunitaire.

Difficultés (3)

Nous ne savons pas induire d’anticorps neutralisant le HIV.

Les anticorps neutralisant peuvent empecher l’infection.

L’infection naturelle n’induit pas d’anticorps neutralisant à large spectre.

Pratiquement aucun candidat vaccinal en essai chez l’homme (echec de Vaxgene).

Difficultés (4)

Pas de modèle animal pratique et peu couteux.

Pas de modèle souris.

Le meilleur modèle est le macaque infecté par le SIV. - Valeur prédictive, en particulier en terme de réponses T? Résultats transposables à l’homme dans quelle mesure?- Certains aspects du système immunitaire encore mal caractérisés. Manque de réactifs.- Cher et nombre de singe limité.- Hétérogénéité des populations de singe, des virus utilisés. Problème de standardisation.

Difficultés (5)

Dans le cas de toutes les infections pour lesquelles un vaccin efficace existe, les sujets infectés lors d’une infection naturelle sont ensuite protégés en cas de nouveau contact avec le même pathogène.

- Les vaccins copient la réponse immunitaire naturelle pour entrainer une protection.

- On peut étudier l’origine de la protection

Quelle est le role exact des différentes composantes de la réponse immunitaire dans la protection?

Personne n’a jamais guéri de l’infection par le HIV, n’a jamais éliminé le virus du SIDA.

Difficultés (6)

Quels antigènes utiliser dans un vaccin?

Les candidats vaccinaux actuels mélangent différents antigènes.

Pas d’étude systématique encore réalisée.



Difficultés (7)

Les essais cliniques sont longs, difficiles, onéreux.

Phase I: évaluer la tolérance et l'absence d'effets secondaires chez des sujets le plus souvent volontaires sains

Phase II: tolérance, déclenchement d’une réponse immunitaire?

Phase III: tolérance, déclenchement d’une réponse immunitaire, efficacité? Une seule étude de phase III a été effectuée (5ans).

Les essais cliniques sont longs, difficiles, onéreux.

Choix des candidats à tester compliqué.

Difficultés d’organisation en particulier dans les pays en voie de développement (infrastructures, couts, personnel formé, responsabilité, propriété intellectuelle…).

Test chez les population à haut risque difficile à organiser.

Difficultés (8)

Financement en progression mais encore insuffisant pour progresser rapidement.

A l’heure actuelle: 700 millions de dollars par an.

300 à 400 millions de dollars en plus sont estimés nécessaires.

Nécessité de la participation du secteur privé (production), de la plus grande participation des pays en voie de développement, de programmes intégrés (The Enterprise, CHAVI, IAVI).

CONCLUSION.

Tous les vaccins actuels ont été développés de façon empirique.

Avec le SIDA, c’est la première fois que les immunologistes doivent développer un vrai vaccin.

Une meilleure connaissance fondamentale du système immunitaire et de nouvelles idées sont nécessaires.

Documents

Le HIV M1 Virologie 2006 Pascal Poignard