introduction à la virologie : pourquoi travailler sur les virus ? qu’est ce qu’un virus ? ...
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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)
Etat actuel de l’épidémie (2)
Etat actuel de l’épidémie (3)
Etat actuel de l’épidémie (4)
QuickTime™ et undécompresseur TIFF (non compressé)
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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 :
• 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
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 :
• 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
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 :
• 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
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
Cycle de réplication du VIH-1
NoyauNoyau
CytoplasmeCytoplasme
Fixation au récepteuret au co-récepteur
Décapsidation
Cycle de réplication du VIH-1
NoyauNoyau
CytoplasmeCytoplasme
Fixation au récepteuret au co-récepteur
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.
Cycle de réplication du VIH-1
NoyauNoyau
CytoplasmeCytoplasme
Fixation au récepteuret au co-récepteur
Décapsidation
Rétrotranscription
Transport au noyau
Cycle de réplication du VIH-1
NoyauNoyau
CytoplasmeCytoplasme
Fixation au récepteuret au co-récepteur
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
Cycle de réplication du VIH-1
NoyauNoyau
CytoplasmeCytoplasme
Fixation au récepteuret au co-récepteur
Décapsidation
Rétrotranscription
IntégrationTransport au noyau
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
Cycle de réplication du VIH-1
NoyauNoyau
CytoplasmeCytoplasme
Fixation au récepteuret au co-récepteur
Décapsidation
Rétrotranscription
IntégrationTransport au noyau
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
QuickTime™ et undécompresseur Animation
sont requis pour visionner cette image.
Cycle de réplication du VIH-1
NoyauNoyau
CytoplasmeCytoplasme
Bourgeonnement
Fixation au récepteuret au co-récepteur
Décapsidation
Rétrotranscription
IntégrationTransport au noyau
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