Stratégies de réplication virale

Ivan HirschInstitut de Cancérologie de Marseille, UMR 599 INSERMInstitut Paoli-CalmettesUniversité de la Méditerranée27, boulevard Lei Roure13009 MARSEILLE (France)Phone : +33-(0)4-91 758415Fax : +33-(0)4-91 260364Email : ihirsch@marseille.inserm.frWeb site: http://u119.marseille.inserm.fr/

Hépatite C et le système immunitaireRéplication viraleInfection chroniqueImmunité innéeInterférons du type ICellules dendritiques plasmacytoïdesCancer hépatocellulaire

Une stratégie commune en trois parties

- une particuleprotection du génome lors de la transmission d'un hôte à l'autre

- un cycle infectieuxfixation et entréedécodage du génometraduction des ARN-m virauxréplication du génomeassemblage et relargage des particules

- s'établir dans une population d'hôtes

Classification de virus (David Baltimore)

+ARNm+ARN

-ARN

±ARN-ARN

+ARN -ADN ±ADN

+ADN

rétrovirus

Contraintes de la Réplication Virale dans une CelluleEucaryote

A) Génome viral (ARN, ADN) d oit êt re copié ent ièrement

sans perdre de séquences nucléot idiques

B) ARNm viral doit êt re t raduit par les mécanismes

cellulaires

Contraintes de la Réplication de Virus à ADN

I - réplication de l'ADN viral

réplication dans le noyau – les signaux appropriés en cis dansl'ADN viral

ADN’ ARN’ protéines : dogme central de la biologiemoléculaire

réplication dans le cytoplasme – enzymes virales pour générerl'ADN et l'ARNm

Contraintes de la Réplication de Virus à ARN

I I – réplication, transcription et traduction de l'ARN viral

A. la cellule ne ré plique pas ses pr opre s ARN t ranscr it sARNm cellulair e : tr anscri pti on dans le noyau, modifi cat ions post -

t ranscri pt ionnelles

1. ARN polymérase ARN dépendant e (spécif ique pour le promot eur

vir al)

poly A

coif f e, 7-mét hylguanosine (met hyltr ansfér ase)

2. ADN polymérase ARN dépendant e, RT

[ re t ro- ]

B. l'ARNm cellulaire est monocistronique – il n'existe qu'un siteunique de la synthèse protéique (le mécanismeprotéosynthètique est incapable de recommencer laprotéosynthèse à l'intérieur de l'ARNm, 1re ATG)

1. génome segmenté (multipartite)-un gène = un ARNm (fonctionnellement monocistronique)

2. l'ARN subgenomique simple3. l'épissage

[virus à ARN qui se répliquent dans le noyau:retro-,orthomyxo-]4. protéase (polyprotéine)

Génomes et multiplication des virus à ARN

Stratégies de la transcription et de la réplication

Rôle central des ARN polymérasesGénétique : quasi- espèces

Classification

Trois paradigmes : 1°) Virus ARN +2°) Virus ARN –3°) Rétrovirus

4°) Virus ARN -, segmentés (grippe)

Réplication du virus dans l'organisme (grippe)

Réplication du virus dans la population, épidémiologie (grippe)

Vectorisation

Rôle central des ARN (ADN) polymérasesARN dépendantes (réplicases)

+ y‘z’a' –3'5'- a b c

y z a –5'3'- a'b'c'-

Initiation de la polymérisation• Reconnaissance des structures à l’extrémité de la molécule • La synthèse des brins + et - est obligatoire

Complémentarité de la matrice avec le produit

Terminaison de la polymérisation : poly A

• Coiffe à 5’ de brin (+)

pol

pol

ARN polymérases : Haut efficacité, haut taux des erreurs

- 3Dpol (virus de la poliomyélite) : 50 000 copies d'une/8 h- VIH : 109 copie / j our / o rganisme

ARN polymérases virales introduisent 1 erreur par environ104 nucléotides (ARN polymérase eucaryote la même): Pas de la fonction de la réparation. Les génomes devirus à ARN sont composés d'environ 104 nucléotides.

’ 1 erreur par un cycle réplication

’ Variabilité énorme au niveau de la population virale. Virusà ARN ne remplissent pas la définition de l'espèce.Ils forment une "quasiespèce".

’ La taille de ses génomes (104 nucléotides) est limitée parle taux des erreurs. Les génomes de virus à ADN(ADN polymérase ont taux des erreurs 1 : 107

nucléotides) ont jusqu'à 3 x 105 nucléotides.

Génétique : quasi-espèces

Virus à l’ARN + : Organisation du génome

CE1-E2

Core Envelopeglycoprotein

Serineprotease

Protéines non-structuralesstructurales

polyprotéine

ARNm

PoliomyéliteHépatite A, CFièvre jaune

domaines protéolytiquesfurine

Virus à ARN + : cycle viralHépatocyte

VaccinesMonoclonal antibodies

Membrane-associationIntervention?

NS2-NS3 and NS3-4AProtease inhibitors

P7 Inhibitors?

Single-stranded RNA and core (nucleocapsid)

HCV

CD81

E1/E2

LDLR replicase

Receptorinhibitors

éclipse

Virus à ARN + : stratégie de la réplication

1°) traduction

Membrane cellulaire

Ribosomes

Polyprotéine : protéines structurales et non-structurales : réplicase

protéase

ARNm

+5’

y‘z'a' –3'5'- a b c

y z a –5'3'- a'b'c'-

pol

pol

ribosome +

2°) modification post-traductionelle Maturation de la

Polyprotéine

1000 x

ribosome

5' 3'

polNS5A

traduct

ion

transcription

N’

N’ C’

Virus à ARN + : stratégie de la réplication

1°) traduction

2°) modification post-traductionelle

5°) morphogenèse

3°) réplication

Membrane cellulaire

ARN+

Ribosomes

Polyprotéine : protéines structurales et non-structurales : réplicase

protéase

ARNm

Maturation de lapolyprotéine

4°) traduction (massive)

ARN-

+

+5’

5’

-

Virus à ARN + : stratégie de réplication

Caractéristiques spécifiques• polyprotéine• protéase• protéines non-structurales

Virus à ARN + : stratégie de réplication

ARNm : taile de génome ARNm : sous-génomique

: Rubéole, Virus de forêt de Semliki: Poliomyélite, Hépatite A, C

Protéinesnon-structurales

Protéinesstructurales

économie de l’expression(permis par le clivage et le changement

de la spécificité de polymérases)

x

Virus à ARN - : Organisation du génome

3’ 5’

Enveloppeglycoprotéine

Matrice PolymérasePolymérase

Nucléocapside

5’ 3’

MN P G L

Transcription discontinueARNm sous-génomiques

RageRougeoleOreillonsVirus de la stomatide vésiculaire (VSV)EbolaMarburg

+

-

Enzymes structurales P,L

Nucléocapside (N, NC, NP)

traduction

modificationpost-traductionelle

morphogenèse

réplication: ARN-

traduction

ARN-

2°) transcription discontinue

Virus à ARN + : stratégie de la réplication

3°) traduction

Membrane cellulaire

1°) dissociation de N de ARN

ARNm

4°) réplication : ARN+Modification de la

fonction de laréplicase

5°) traduction (massive) morphogenèse

-

Virus à ARN - : stratégie de la réplication

Caractéristiques spécifiques• enzymes structurales (polymérases)• transcription discontinue• protéine N

Rétrovirus : Organisation du génome

Transcription : épissage alternatifRNAm sous-génomiques

Gag-PolVifVprVpu, EnvTatTevRev, NefNef

Virus à ARN -Enzymes structurales

Virus à ARN +Polyprotéine & Protéase

Protéase IntégraseTranscriptase

inverseM C NC

ARNm (+)

HIVMLVRSV

1°) rétrotranscription

6°) modification post-

traductionnelle

7°) morphogenèse

3°) transcription

ARNmmultiépissés

Maturation de lapolyprotéine

4°) épissage alternatif

Membrane cellulaire

3’5’5’

Membrane nucléaire

2°) intégration

3’5’5’

ADN (-)

ARNmmonoépissés

ARNmnon-épissés

Transcriptaseinverse

Intégrase

ARN polymérase II

Protéase

5°) changement du cadre de

lecture

Env Gag-Pol GagTatRevNef

Rétrovirus : stratégie de la réplication

Rétrovirus : stratégie de réplication

Caractéristiques spécifiques• enzymes structurales

• Transcriptase inverse• Intégrase• Protéase

• intégration dans le génome de l’hôte• épissage alternatif (3 cadres de lecture)• polyprotéine• changement du cadre de lecture

Virus ARN +Virus ARN --enzymes structurales - +-réplicase virale + +-helicase + --protéine N - +-modification de lafonction

de la réplicase par N - +-ARNm taile génomique taile sous-génomique

(ou sous-génomique) (ou génome ségmenté)1 ARNm = plusieurs protéines1 ARNm = 1 protéine

- polyprotéine + -- protéase(s) + -

ARN génomique subi 1°) traduction 1°) ARNm2°) ARN- (antigénomique) 2°) ARN+ (antigénomique)

réplicase (P,L)(1-3 sous-unité)protéine N(Nucléocapside)Virus ARN + et -

-sb

Un 16-20 Uneprotéine

Transcriptase

- + rhabdoviridae virus de la stomatite vésiculaire (VSV),rage,

" Un " + - + filoviridae Ebola, Marburg

" Un " + - + paramyxoviridae rougeole, oreillons, parainf luenza

" 7-8 segments 14 " + ARNmcellulaire

+ orthomyxoviridae grippe

+/- sb 3 segments 13-21 " + " + bunyaviridae Fièvre hémorragique, Hantavirus

" 2 segments“circ”

10-14 " + " + arenaviridae Lassa, Machupo, virus de la Chorioméningitelymphocytaire (LCMV)

db 8-12segments

22-27 " + - - reoviridae rotavirus, maladie fébrile

" 2 segments 7 " + - - birnaviridae "bursal disease of chickens"

Soulignements : hépatites; maladies infantiles

polarité

ARNgénomique

taille(kb)

ARNm Enzymesdans levirion

amorce enveloppe Nom de famille

+sb

Un 7.2-8.4

Ta ille degénome

- Protéine - picornaviridae Entero-: poliomyélite, Cardio-Hepato-: hépatite A, Rhino-

" Un " - " + f laviviridae hépatite C, f ièvres hémorragiques: f ièvrejaune, virus de la dengue, encéphalite deSt.Louis

" Un 10-12 Subgénomique

- - + alphaviridae rubéole , virus de Sindbis (SV),virus de la foret de Semliki (SFV)

" Un " - - + coronaviridae "common cold pneumonia"

" Un " - - caliciviridae hépatite E, gastroentérite

Familles de virus à ARN humains et animaux