Structure et Classification des Virus - Pr Y EL KAMOUNI PDF

STRUCTURE ET CLASSIFICATION DES VIRUS Pr Y EL KAMOUNI Professeur de Bactériologie-Virologie. FMPM 2ème Année Médecine -2024 A virus is bad news surounded by proteins. P. Medawar, Prix Nobel 1960  Objectifs du cours...

STRUCTURE ET CLASSIFICATION DES VIRUS Pr Y EL KAMOUNI Professeur de Bactériologie-Virologie. FMPM 2ème Année Médecine -2024 A virus is bad news surounded by proteins. P. Medawar, Prix Nobel 1960  Objectifs du cours Connaitre la définition et les particularités des virus. Décrire la structure des virus. Reconnaitre les critères de classification des virus  Plan I Introduction Structure des virus II A. Structure générale des virus B. Eléments constants C. Eléments inconstants III Classification des virus A. Nomenclature B. Classification de LHT C. Classification de Baltimore D. Classification ICTV E. Principaux virus à ARN en pathologie humaine F. Principaux virus à ADN en pathologie humaine IV Conclusion Les virus avant la virologie Historique Les maladies virales sont connues depuis des millénaires. Les babyloniens savait que la rage se transmet par morsure du chien enragé. une stèle égyptienne nous montre un pharaon qui boitait, vraisemblablement touché par la poliomyélite. Les virus avant la virolo gie Historique La variole momies de l’Egypte La variolisation  Xième siècle, on pratiquait en Inde et en Chine.  l’inoculation de matériel venant de pustules d’un malade de la variole à une personne saine entraînait une maladie réduite offrant une protection lors de contacts ultérieurs.  la mortalité de cette pratique s’élevait à 1-2%, alors que la variole tuait dans un quart des cas. Les virus avant la virologie Historique Edward Jenner appliqua sur base de ses observations l’inoculation de “cowpox”, ou variole bovine, afin d’améliorer la pratique de la variolisation et offrir une bonne protection contre la variole (publication en 1798). Il semble que cette pratique ait déjà été sporadiquement appliquée à cette époque et certains en attribuent l’origine, Un fermier Benjamin Jesty, qui inocula sa famille avec la « cowpox » vingt ans plus tôt. Edward Jenner Les virus avant la virologie Historique Le nom de vaccination dérive du mot « vacca » Pasteur et son disciple, Emile Roux, découvrirent le principe de l’atténuation et l’appliquèrent au développement d’un vaccin contre la rage. en 1885, ils vaccinèrent le jeune Alsacien, Joseph Meister, qui avait été mordu par un chien enragé et introduirent ainsi la vaccination après exposition. Louis Pasteur Les virus avant la virolo gie Historique « Le hasard ne favorise l’invention que pour des esprits préparés aux découvertes par de patientes études et de persévérants efforts. » Louis Pasteur  HISTORIQUE Virus Maladie 1976 Ebolavirus Fièvre hémorragique 1981 HTLV-1 paraparésie spastique tropicale, leucémie lymphoïde T de l’adulte (Human T-lymphotropic Virus 1) 1983 VIH-1 (virus de l’immunodéficience humaine 1) SIDA 1989 VHC (Virus de l’hépatite C ) Hépatite virale 1993 Virus Sin nombre Infections pulmonaires (Hantaan virus) Fièvres hémorragiques avec syndrome rénale 1995 HHV- 8 Maladie de Kaposi 1997 Grippe A (H5N1) Grippe aviaire 2001 Metapneumovirus Infections respiratoires 2004 SRAS Coronavirus Infections respiratoires 2009 Grippe A (H1N1) pandémique Grippe 2012 MERS-CoV (Middle East respiratory syndrome coronavirus, )Pneumonie sévère, diarrhée, Insuffisance rénale. 2013 Grippe aviaire A (H7N9) Grippe aviaire (Chine) 2019/ SARS-CoV-2 COVID-19 Infections respiratoires 20  I- INTRODUCTION Particularités des virus – mot latin: virus = poison – Agents infectieux potentiellement pathogènes (EBOLA, HIV…) – Se multiplient obligatoirement en intracellulaire: parasitisme intracellulaire absolu – Petite taille  I- INTRODUCTION Particularités des virus  I- INTRODUCTION Particularités des virus – Sont différents des bactéries ou des parasites: cellules procaryotes ou eucaryotes. – "Les virus sont les virus" André Lwoff. – Simplicité structurale: Entités nucléo-protéiques élaborés à partir de l’assemblage de leurs constituants dans la cellule infectée – Particules inertes: dépourvus d’activité métabolique, détourne le métabolisme de l’hôte vers la synthèse des composants viraux. – Sous deux états : extracellulaire (virion) et intracellulaire (virus).  I- INTRODUCTION Définition des virus (André Lwoff 1957):  Structure spécifique: Génome et capside +/- enveloppe  Possédant un seul type d’acide nucléique (ADN ou ARN)  Incapable de croître et de se diviser: réplication virale à partir de son seul acide nucléique  Parasite intra-cellulaire obligatoire: sa multiplication implique l’utilisation des structures de la cellule hôte et, spécialement, des ribosomes.  Spécificité de l’hôte: complémentarité entre récepteurs et virus  I- INTRODUCTION Particularités des virus Bactéries Virus Taille 1 à 3 µm (MO) 0,02 à 0,3 µm (ME) Acides nucléiques 2 types : 1 seul type : présents ADN et ARN ADN ou ARN Systèmes Présents Absents : Parasitisme enzymatiques de strict d’une cellule biosynthèse évoluée Croissance Présence Absence  I- INTRODUCTION  Parasites intracellulaire obligatoire et absolu: ▪ Incapable de se répliquer en dehors d’une cellule hôte ▪ Absence des enzymes du métabolisme énergétique et de biosynthèse ▪ Génome virale assure et contrôle la réplication virale ▪ Détournement du métabolisme cellulaire de la cellule hôte pour leur réplication Un virus ≈ programme génétique, véhicule d'une cellule à l'autre un message simple REPRODUISEZ- MOI !  Plan I Introduction Structure des virus II A. Structure générale des virus B. Eléments constants C. Eléments inconstants III Classification des virus A. Nomenclature B. Classification de LHT C. Classification de Baltimore D. Classification ICTV E. Principaux virus à ARN en pathologie humaine F. Principaux virus à ADN en pathologie humaine IV Conclusion  A- Structure générale du virus Les virus sont composés de : Un acide nucléique (ADN ou ARN) formant le génome Une capside = manteau de protéines protectrices Le génome et la capside forment la nucléocapside Ils peuvent avoir ou non une enveloppe (péplos). Ils sont donc soit enveloppés, soit nus.  A- Structure générale du virus Eléments constants et obligatoires :  le génome: ADN ou ARN  la capside: Entoure et enferme le génome Eléments inconstants:  L’enveloppe virale: dérive des membranes cellulaires  Matrice, tégument  A- Structure générale du virus + = Génome Capside Nucléocapside (ADN ou ARN) protéique (core) (capsa = boîte en grec) Virus nus + = Nucléocapside Enveloppe Virus (core) (peplos = manteau en grec) enveloppés (bicouche lipidique)  B- Eléments constants A. Le génome viral: ADN ou ARN  Taille: longueur (nm) / masse moléculaire (Daltons), Nombre de bases (Virus de l’hépatite delta: 1700 bases, CMV: 230 000 bases)  B- Eléments constants A. Le génome viral: ADN ou ARN  Information génétique: Comprimée avec chevauchement des gènes par l’utilisation de cadre de lecture  B- Eléments constants A. Le génome viral 1. Génomes à ARN:  Monocaténaire rarement double brin  Linéaire, rarement circulaire  Un seul fragment ou plusieurs: Ségmenté  Polarité positive (brin codant ou sens) ou négative (brin antisens)  Taille : 3 kb à 20 Kb  Réplication moins fidèle que génome ADN (ARN polymérase : pas de détection ni correction de ses erreurs)  Séquences spécifiques codant de 1 à 30 protéines virales  B- Eléments constants A. Le génome viral 1. Génomes à ARN:  Polarité positive (brin codant ou sens): Même polarité qu’un ARN messager, se traduit directement par les ribosomes.  Polarité négative (brin antisens): Traduction directe impossible  Polarité ambisens: Polarité positive ou négative  Génome très variable et subit beaucoup d’invariablilité génétique  Taux de mutation chez les virus à ARN : 1/10000 nucléotides, contre 1/10 millions pour les les virus à ADN  B- Eléments constants Linéaire Virus de l’hépatite A Monocaténaire Circulaire Virus de l’hépatite Delta Segmenté Virus de la grippe Virus à ARN Diploide VIH Bicaténaire Segmenté Rotavirus 25  B- Eléments constants A. Le génome viral 2. Génomes à ADN:  Bicaténaire, rarement simple brin  Linéaire, parfois circulaire  Taille : 3,2 kb (VHB) à 280 kb (cytomégalovirus)  Séquences spécifiques codant de 3 à 200 protéines virales  B- Eléments constants Monocaténaire Linéaire Parvovirus B19 Herpes Simplex Linéaire Virus Virus à ADN Bicaténaire Circulaire Polyomaviridae (JCV, BKV) Partiellement bicaténaire Virus de l’hépatite B 27  B- Eléments constants B. La Capside Structure protéique d’origine virale Rôles:  Protection du génome du milieu extérieur (virus nus): structure résistante et stable  Attachement et entrée particule virale à la cellule hôte (virus nus)  Antigénique: immunogénicité Vaccin Sa nature constitue un critère de classification des virus  B- Eléments constants B. La Capside Résulte de la polymérisation d’une seule ou d’un petit nombre de sous unités protéiques. Elle s’assemble avec l’acide nucléique viral selon 3 types de symétrie: – hélicoïdale (nucléocapside en forme d’hélice) – Icosaédrique ou cubique (nucléocapside a la forme d’icosaèdre) – complexe  B- Eléments constants B. La Capside 1. Capsides tubulaires à symétrie hélicoïdale  Les sous unités protéiques constituent des unités morphologiques: bâtonnets allongés rigides et creux.  Ils s'enroulent dans l'espace selon une spirale.  L’ARN est entouré en Hélice entre 2 rangées d’unités de structure protéiques.  B- Eléments constants B. La Capside 1. Capsides tubulaires à symétrie hélicoïdale ARN enroulé en hélice entre 2 rangées d’unités de structure protéique  B- Eléments constants B. La Capside 1. Capsides tubulaires à symétrie hélicoïdale Grippe  B- Eléments constants B. La Capside 2. Capsides icosaédrique à symétrie cubique ◾ Icosaèdre:  Polyèdre régulier: ▪ Douze sommets ▪ 30 arrêtes ▪ 20 Faces ▪ Triangles équilatéraux ◾ Les unités de structure protéique de la capside se rassemble en capsomères de 5 ou 6 sous- unités:  Hexons: sur les faces ou les arêtes  Pentons: sommet icosaèdre  B- Eléments constants B. La Capside Icosaèdre: polyèdre à 20 faces, 12 sommets et 30 arêtes les unités de structure protéique se groupent en unités morphologiques, visibles en microscopie électronique : capsomères  B- Eléments constants Virus Picornavirus enveloppés avec capside icosaédrique s à symétrie cubique Hepadnavirus Herpesvirus Adenovirus  B- Eléments constants B. La Capside 3. Capsides à symétrie complexe Les virus ayant un grand génome ont une structure architecturale plus complexe Ces virus ne sont ni icosaédriques ni hélicoïdaux Ex : Poxvirus (taille de 270 nm), génome : ADN bicaténaire, 200 kpb  B- Eléments constants B. La Capside 3. Capsides à symétrie complexe: Poxvirus Poxvirus : nucléocapside présente VIH: nucléocapside présente une Bactériophage: nucléocapside une forme en "lentille biconcave" forme conique présente une forme cubique et helicoidale 37  C- Eléments inconstants A. L’enveloppe virale ou peplos -Acquise par bourgeonnement des virus à travers les membranes cellulaires  cytoplasmique (Orthomyxoviridae),  Golgienne, réticulum endoplasmique (Rubéole)  nucléaire (Herpesviridae) -Protéines /glycoprotéines virales insérées dans la bicouche lipidique  Ex grippe: Hémagglutinine (HA) Neuraminidase (NA)  C- Eléments inconstants A. L’enveloppe virale ou peplos - Rôles  Interactions avec récepteurs cellulaires  Fusion membranaire  Propriétés Antigéniques: immunogénicité, vaccin… Elément de classification des virus  C- Eléments inconstants A. L’enveloppe virale ou peplos  Protection ??  C- Eléments inconstants A. L’enveloppe virale ou peplos  Protection ??  Elément de fragilité virale:  Sensible aux actions physico-chimiques, à l’action des solvants des lipides (éther), aux détergents et aux variations du pH, températures, dessiccation (milieu extérieur)  Transmission virus enveloppés: Contacts rapprochés  Respect des conditions de prélèvements, acheminement et conservation des virus enveloppés.  C- Eléments inconstants B. Matrice ou Tégument Structure protéique située immédiatement sous l’enveloppe – Rôle structural: stabilisation – Rôle dans le cycle viral: Amorce le processus de bourgeonnement… Ex : Herpesvirus, grippe, rage, hiv  Plan I Introduction Structure des virus II A. Structure générale des virus B. Eléments constants C. Eléments inconstants III Classification des virus A. Nomenclature B. Classification de LHT C. Classification de Baltimore D. Classification ICTV E. Principaux virus à ARN en pathologie humaine F. Principaux virus à ADN en pathologie humaine IV Conclusion  III- Classification des virus A. Nomenclature o Validée par le comité international de taxonomie des virus (ICTV), s’inspire du modèle de la classification des règnes animaux ou végétaux  III- Classification des virus A. Nomenclature o Espèce: groupes, types, sous-types, isolats ou souches o Les sérogroupes, sérotypes et isolats et souches sont définis par leurs propriétés biologiques en culture cellulaire o Les génogroupes, génotypes et sous-génotypes sont définis par le degré de similarité de leurs séquences génétiques oLes abréviations utilisées pour désigner les virus sont également validées par l’ICTV: Exp: HIV pour human immunodeficiency virus  III- Classification des virus La classification des virus est difficile à établir Plusieurs classifications basées sur les caractéristiques phénotypiques: Les systèmes de classification associent plusieurs critères  III- Classification des virus B. Classification de Lwoff, Horne, et Tournier (L. H. T) Etablie en 1962 Se base sur 3 critères : 1- La nature de l'acide nucléique: permettant de distinguer des virus à ADN , des virus à ARN 2- la symétrie de la nucléocapside : hélicoïdale , cubique ou mixte 3- La présence ou l'absence d'une enveloppe  III- Classification des virus C. La classification de Baltimore: Etablie en 1971 Comporte 7 groupes Se base sur: 1- Type d’acide nucléique 2- Mono ou bicaténaire 3- Polarité de l’ARN 4- Mode de réplication  III- Classification des virus D. Classification de ICTV Actuellement la classification est définie par le comité international de taxonomie des virus (ICTV) Remise à jour régulièrement. Fondée sur – la nature du génome – la structure de la capside – la présence ou non d’une enveloppe – la stratégie de multiplication du virus – l’analyse phylogénètique  III- Classification des D. Classification de ICTV virus Méthodes phylogénétiques: – Outil majeur pour définir la classification virale – Utilisent le séquençage des génomes viraux – Etude des variations observées entre les génomes viraux – Reconstruire les relations de parenté entre les virus – Etude de la distance génétique  III- Classification des virus D. Classification de ICTV Exemple de résultat d’une analyse phylogénétiques: Principaux virus à ARN Principaux virus à ARN Principaux virus à ADN  CONCLUSION  Structure des virus est simple : éléments constants et éléments inconstants  Peuvent altérer et modifier les fonctions cellulaires à leur profit, avec pour objectif final de transformer l’organisme infecté en agent contaminant, capable de propager l’infection. Classification: basée sur caractères phénotypiques et génotypiques des virus  Principales Références Traité de virologie médicale, Editions Estem, v 2019 Traité de virologie médicale, Editions Estem, v 2003 Précis de virologie médicale, A Le Faou, 2012 Virology Lectures 2017: What is a virus? Vincent Racaniello https://www.youtube.com/watch?v=jYHqIEDph5 U Virology Lectures 2017 #4: Structure of Viruses Vincent Racaniello 57  Principaux messages à retenir ◾ Les virus susceptible d ’ infecter l ’ homme sont nombreux et on découvre régulièrement de nouveaux virus. ◾ Les virus sont des micro-organismes de petite taille, parasites intracellulaire absolus. ◾ Les virus possèdent deux ou trois éléments structuraux:  Un génome à ARN ou ADN  Une capside protéique  Une enveloppe pour certains virus 58  Principaux messages à retenir ◾ Le génome virale:  La nature du génome ARN ou ADN ▪ Première dichotomie de la classification des virus  Compacte et de petite taille ▪ mais contient toutes les informations pour assurer la réplication et prendre le contrôle de la cellule hôte  Les génome des virus à ARN sont plus petits / virus à ADN  Les virus à ADN sont plus volumineux et plus complexes 59  Principaux messages à retenir ◾ La capside protège le génome en formant la nucléocapside  Polymérisation d ’ un nombre réduit d ’ espèces protéiques  On distingue: ▪ Capsides tubulaires ▪ Capsides icosaédrique ◾ L’enveloppe dérive des membranes de la cellule hôte  Fragilité aux virus enveloppés  Relative résistance pour les virus nus  Porte les glycoprotéines ou spicules virales 60