Virologie - Structure et Réplication des Virus (Ronéosaure 2024/2025) PDF

Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER Virologie Structure et réplication des virus Semaine n°4 - 04/10/2024 Heure de cours : 10h - 12h Professeur : HOBER Correcteur : Léa...

Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER Virologie Structure et réplication des virus Semaine n°4 - 04/10/2024 Heure de cours : 10h - 12h Professeur : HOBER Correcteur : Léa Sauvage Binômes : Clémence Demol - Lenaig Bodin / Solenne Hay - Enzo Poupon Plan du cours I. Introduction III. A l'intérieur du virus : le génome viral A. Généralités A. Généralités B. Un peu d’histoire B. Classification des virus C. Les constituants des particules virales II. Structure des virus D. Caractéristiques des virus complexes A. Généralités B. Observation des virus IV. Multiplication des virus dans la cellule C. Les virus nus (=non enveloppés) A. Types d’infection D. Les virus enveloppés B. L’études des virus en laboratoire C. Processus de multiplication D. Synthèse des macromolécules E. Étape tardive : assemblage et libération des virions 1  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER I - Introduction A. Généralités Le monde des virus est très vaste. Tous les êtres vivants hébergent des virus : on dit que est vivant, tout ce qui est infectable par un virus. Ils infectent aussi bien : - les bactéries (=bactériophage ou phage) - les champignons - les algues - les plantes, notamment le virus de la mosaïque du tabac qui est le premier à avoir été observé au microscope électronique - les animaux y compris les humains - B. Un peu d’histoire Il y a des millénaires, nos ancêtres avaient déjà observé des maladies, ils savaient qu’elles pouvaient se transmettre. Par exemple, les chinois avaient compris que la variole se transmettait. Mais on ne savait pas que c’était un virus qui était à l’origine de cette maladie. La variole se manifestait sous forme de pustules au niveau de la peau et des organes. C’est une maladie redoutable, qui tuait en masse (Louis XV par exemple est mort de la variole) et dont la mortalité était de 60% lors de certaines épidémies. Edward Jenner, un médecin de campagne, a observé que ses patients ne faisaient pas de formes graves de variole, en tout cas moins fréquemment que les gens de la ville. Ces gens de la campagne avaient des lésions au niveau de leurs mains : des pustules, qui ressemblaient aux pustules que l’on retrouvait chez les animaux notamment au niveau des pis des vaches. Il s’est donc dit que c’était peut-être le fait d’être au contact de ces animaux qui les protégeaient. Il a donc récupéré des sérosités de ces lésions au niveau des pis des vaches et les a administrées à des patients en faisant une scarification. Il a constaté que ces patients étaient également protégés 2  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER contre les formes graves de variole. C’est d’ailleurs du mot vacca, qui veut dire vache que provient le mot vaccin. Cependant, il a fallu attendre plusieurs centaines d’années pour que Pasteur arrive avec une approche plus expérimentale du problème: il chauffait des tissus et les injectait à des animaux puis à des humains.1 C’est ce qu’il fit avec Joseph Meister pour essayer de le protéger contre la rage. Mais Pasteur ne savait pas ce qu’était un virus, même si on soupçonnait déjà à l’époque qu’il y avait des éléments plus petits que les bactéries qui pouvaient affecter les animaux ou les humains. Grâce à ces approches, 200 ans plus tard, en 1980, l’OMS à déclaré que la variole était éradiqué. La vaccination en masse de l’humanité a permis de briser la chaîne de transmission de l’agent. C’est la première maladie à avoir été éradiquée. L’objectif de l’OMS est d’éradiquer des maladies telles que la rougeole, la rubéole et l’oreillon. Il y a des maladies qui ne sont pas encore identifiées comme virales, mais qui le seront peut-être un jour, ce qui permettrait une meilleure compréhension de ces maladies. En effet, quand on comprend les maladies, on a plus de chances de lutter efficacement contre elles. Il y a beaucoup de maladies pour lesquelles on ne propose que des traitements symptomatiques, car tant que l’on a pas la cause de la maladie on ne peut traiter que les symptômes ➞exemple : le diabète de type 1 est une maladie où la production de cellules bêta par le pancréas est insuffisante. Pour y remédier, on donne de l’insuline, on ne traite pas la cause. On commence à réaliser depuis quelques années que derrière cette maladie il y a peut-être des virus, et notamment des entérovirus. II - Structure des virus A. Généralités Le virus peut être décrit comme une mauvaise nouvelle dans un petit emballage. Les virus sont souvent vus selon une approche très négative : ils jouent un rôle dans les maladies. Cependant il y a des virus qui sont essentiels : - au cycle du carbone - au cycle du calcium (notamment dans la mer où il participe à la création de sédiments). - rôle clé dans le microbiote = flore microbienne où les bactéries viennent réguler les populations des virus 1 Pas beaucoup de sens ici mais ce sont les mots du prof 3  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER - Il y a même des virus qui sont arrivés au cours de la coévolution chez les êtres supérieurs pour faire en sorte que ces êtres évoluent dans leur mode de reproduction. Dans notre génome, on a 8% de séquences de rétrovirus endogènes : ils sont à l’origine d’une protéine qui permet la fusion de cellule entre elles notamment au niveau du placenta, pour permettre les échanges entre la mère et l’enfant lors de la reproduction ce qui a permis la reproduction des mammifères. ➞ Les virus ont donc un rôle clé dans l’évolution. - Certains virus protègent contre les maladies. - B. Observation des virus Un virus c’est minuscule, ce qui explique pourquoi ces agents ont été les derniers découverts. ➞Un virus c’est 1/10000ème de millimètre, soit 100 nm. Ce n’est donc pas visible au microscope optique, mais avec d’autres appareils comme le microscope électronique. Si on représentait la cellule par un amphi ou par une piste de cirque (13m), le virus ferait la taille d’une noisette, d’un melon, ou d’une petite citrouille ! Ainsi, être infecté par un virus pour une cellule peut très bien passer inaperçu et même s’il se produit plein de virus dans cette cellule, elle peut le supporter, ce n’est pas ça qui altère la cellule. Outils d’observations : - Quand on regarde des virus au microscope électronique, ça ressemble à des tâches. Grâce à des approches mathématiques (comme la transformée de Fourier), on a donc reconstitué l’agent, afin d’avoir une idée plus précise de ce à quoi il ressemble. - - On peut aussi congeler les virus pour stopper tous les mouvements, ce qui va permettre d’étudier comment s’agencent les constituants les uns par rapport aux autres grâce à des procédés comme la diffraction des rayons X (on envoie des rayons et on observe comment ils se diffractent dans le système pour en déduire des informations concernant la forme du virus). 4  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER - Il est possible d’observer la surface des virus grâce au microscope à force atomique (AFM): c’est une sonde utilisée comme détecteur qui interagit avec les molécules d’une surface, il se crée des forces qui sont analysées, ce qui va permettre d’observer la surface. C’est une sorte de levier qui va se balader sur une surface, on envoie un rayon laser qui va être dévié par les mouvements et on en déduit la surface, l’allure du virus. Exemple de l’observation du virus du VIH au microscope à force atomique Exemple de virus non enveloppés à l’AFM: (AFM) : virus enveloppé ➞On a des structures bien différentes qui sont très diverses selon les familles de virus. C. Les virus nus (= non enveloppés) Les virus nus se présentent comme des structures compactes qui peuvent présenter des spicules. C’est une petite balle de protéines bien compacte. C’est très rugueux, c’est un enchaînement d’acide aminé, ce qui va donner au virus une sorte de visage qui lui est propre. Ainsi un virus sera différent d’un autre et même si on prend une même espèce ou un sérotype dans une espèce, les variants seront différents, ce qui donne des comportements différents à ces virus, notamment en ce qui concerne l'interaction avec l'hôte. “Il y a autant de différences entre les virus que de différences entre les visages face à moi”. 5  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER Exemples: - Adénovirus - Entérovirus : virus de la polio (nous sommes tous vaccinés contre la polio), coxsackievirus, virus echo D. Les virus enveloppés Le virus enveloppé est un virus avec une enveloppe qui va protéger la capside (du grec capsa signifiant boîte). L’enveloppe n’est pas une structure très solide. Exemples: - Virus de la rage : aspect en balle de revolver - Virus de la grippe - Virus herpès : présente un centre dense,une enveloppe et entre deux, des protéines - VIH (virus de l’immunodéficience humaine) : possède un corps dense et une forme très particulière de cône tronqué 6  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER III - À l’intérieur du virus : le génome viral A. Généralités Le plus important pour le virus (comme pour nous-même) c’est le génome, que l’on retrouve à l’intérieur des particules virales. C’est lui qui est à l’origine de tous les caractères qui font le phénotype, et qui sont transmis de génération en génération, ce qui permet de maintenir l’espèce. ➞ L’information génétique est portée par les acides nucléiques (ADN ou ARN). - Virus de la grippe : son génome est fait de 8 segments d’ARN négatif. ➞L’ARN négatif ne peut pas être traduit en protéine lorsqu'il est mis dans une cellule, contrairement à l’ARN positif (tel que notre ARN messager ou celui de certains virus). Dans la particule virale il y a des protéines virales à activité enzymatique, notamment une protéine à activité ARN polymérase capable de copier l’ARN négatif en ARN positif. Il peut alors être traduit en protéine grâce aux ribosomes. Ce génome fragmenté porte 1 ou 2 informations génétiques : l'hémagglutinine et la neuraminidase (protéines en surface du virus). - - Entérovirus : son génome est fait d’un segment d’ARN positif : il peut donc être directement traduit en protéines. L’information génétique va être à l’origine des protéines que l’on retrouve au niveau de la particule virale : protéines dites de capside → VP1, VP2, VP3 et VP4 (VP4 qui est à l’intérieur des trois autres). ➞Elles forment une sous unité: un capsomère, qui est répété 60 fois et qui s’auto assemble pour former la capside. ➞Une autre zone génétique va être à l’origine de protéines que l’on ne retrouve pas dans la particule virale : ce sont des protéines non structurales. Elles sont très importantes pour assurer la réplication du virus dans la cellule et fabriquer des particules virales, mais également pour manipuler la cellule. 7  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER B. Classification des virus Elle se fait selon : - la nature de l’acide nucléique : ADN ou ARN - la symétrie de la capside : à ne pas confondre avec la forme de la capside ! → structure géométrique de symétrie cubique : icosaèdre dans la plupart des cas → structure géométrique de symétrie hélicoïdale : c’est notamment le cas du virus de la grippe : l’ARN est enroulé en escalier en colimaçon, ça forme des tubules souples - la présence ou non d’enveloppe - l’architecture du génome : ADN ou ARN, simple ou double brin, un ou plusieurs segments, positif ou négatif - la dimension de la particule (premier critère de classification) : 30 nm environ, jusqu’à 200 nm On peut ainsi désigner : - les familles : suffixe viridae - les sous-familles : virinae - les genres : virus ex: famille : picornaviridae, genre : entérovirus →On écrit les familles, sous-familles et genres avec une majuscule et en italique. 1) Classification selon la nature de l’acide nucléique VIRUS À ARN - les rotavirus = responsable de gastroentérite - les entérovirus = famille du virus de la polio - le virus de l’hépatite C - le VIH - le virus Ebola qui fait parti de la famille des Filoviridae (ressemble à des fils) - virus de la rage - virus de la grippe - VRS (Virus respiratoire syncytial) : touche les jeunes et les plus anciens chaque année - d’autres virus qu’on retrouve dans les vaccins (rougeole, oreillon, rubéole…) 8  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER VIRUS À ADN la plupart sont double brins mais il en existe simple brins - les papillomavirus = responsable des verrues, cancer du col - les adénovirus = forme de satellite - virus de l’hépatite B - virus herpès, virus de la varicelle - virus de la famille des poxviridae = virus de la variole = virus du singe, et d’autres encore ➞la nature de l’acide nucléique divise déjà la classification en 2 sous groupes, puis la symétrie, l’enveloppe, l’architecture du génome vont aboutir à trouver la famille correspondant au bon virus. 2) Classification selon l’architecture du génome Les virus à ARN sont monocaténaires = un seul brin. 2 possibilités : - génome « sens positif » = traduit par les ribosomes sauf Retroviridae et Reoviridae - génome antisens/négatif à transcrire en brin ARN positif par ARN polymérase incluse dans le virion - ARN ambi-sens : positif/négatif ➞Les virus d’intérêt médical à capsule tubulaire de symétrie hélicoïdale sont tous enveloppés. Exemple : VRS ➞Les virus enveloppés (ex: virus de la grippe) sont généralement plus fragiles que les virus nus car leur structure est faite de lipides (beaucoup plus fragile que cette “balle de protéine compacte”) La structure peut être facilement libérée à l’extérieur de l’organisme, par des produits chimiques par exemple. Ainsi, la durée du pouvoir infectieux hors de l’organisme est très limitée contrairement aux virus non-enveloppés. Ceux- ci peuvent vivre dans des milieux très agressifs (ex : dans les selles) et gardent plus longtemps leur pouvoir infectieux et peuvent se transmettre par le péril féco-oral et contaminer l’eau, les aliments… 9  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER C. Les constituants des particules virales 1) La capside virale La capside = petite balle de protéines qui a un rôle clé dans l’attachement à la cellule hôte (surtout pour les virus nus) ainsi que dans la protection du génome dans le milieu extérieur. - Elle est résistante, stable - c’est une structure polymérisée - Il y a une sous-unité de 4 protéines qui se répètent 60 fois. - Structure qui existe aussi dans les virus enveloppés ➞Ainsi, la nature de la capside est un critère de classification. deux types de capside : - capside tubulaire à symétrie hélicoïdale = : Il y a des protéines qui protègent l’ARN qui s'enroulent autour. = forme un tubule. Cette photo représente le virus de la grippe. Sa capside est faite de 8 segments d’ARN protégés par des protéines. ⚠️Attention ce n’est pas parce qu’il y a une capside puis une enveloppe derrière que c’est plus résistant !! Car une fois que cela est cassé, le virus est facilement libéré. Tandis que c’est beaucoup plus compliqué pour un virus non enveloppé. 10  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER - capside icosaédrique à symétrie cubique (ex : virus de l’herpès) C’est un polyèdre à 12 sommets, 30 arêtes, 20 faces. Chaque face est un triangle équilatéral. Les unités de structures s’assemblent en capsomère : - hexamère ou hexon au niveau des arrêtes et des faces - pentamères ou pentons à chacun des 12 sommets ➞Exemple : Dans le cas de virus enveloppés comme le virus Herpesviridae ( 162 capsomères : 150 hexons et 12 pentons) = il y aura donc plus de protéines pour former une capsule. ➞Exemple : Pour les virus nu comme l'Adénovirus (252 capsomères : 240 hexons et 12 pentons) Ces structures utilisent des axes de symétrie. Au niveau de chaque sommet, on a 5 protéines. Ainsi on peut diviser les faces pour mettre 3 sous unités (1,2,3) Ici, on a 5 sous unités pour que les 5 protéines bleues forment les 5 protéines comme les 5 doigts de la main. Au delà de 5, on a les protéines VP1; VP2 (en jaune) qui forment une structure. Attention, en réalité, formes plus complexes que des trapèzes sur le schéma. ➞les acides aminés vont donner cette rugosité = espèce de visage à notre virus ➞Exemple : virus de l’herpès, un virus enveloppé 11  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER 2- Le génome viral Il peut être ADN ou ARN. On a des chevauchements de gènes pour placer tous les gènes quand il y en a beaucoup, mais ils permettent aux cellules de faire beaucoup de dégâts Génome à ARN : - simple brin = monocaténaire -> la plupart des virus - Mais certains sont ARN double brins = bicaténaire (ex : revoviridae et birnaviridae) Certains sont de polarité positive comme les ARNm et d’autre de polarité négative = ils ne peuvent pas être traduit en protéines ➞Cela peut être un segment (dans le cas des endovirus) ou plus myxoviridae (virus de la grippe) ou rotavirus Exemple : représentation de l’ARN simple brin linéaire, segmenté, de polarité négative (partie verte sur le schéma représente la transcription d’ARN négatif en ARN positif pour produire une protéine. Génome à ADN : bicaténaire pour la plupart des virus à ADN SAUF pour parvoviridae et circoviridae Taille : 3,2 kbp (virus de l’hépatite B) = assez petit jusqu’à 235 kbp pour les cytomégalovirus 5,7 kbp pour le parvoviridae ➞donc grande différence : 4 gènes suffisent pour l’hépatite B alors qu’il faut 80 gènes pour le virus de l’Herpès dont la moitié va servir pour la réplication du virus et l’autre moitié pour la manipulation de la cellule. ➞il y a aussi des protéines associées à l’ADN Ex : représentation du génome de l’herpès : C’est une structure enveloppée dans laquelle se trouve une molécule d’ADN double brin linéaire. 12  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER Exemple : représentation du virus de l’hépatite B avec un génome circulaire avec différentes zones : - zone S pour Surface = origine des protéines et glycoprotéines de surface - Zone C = pour les protéines de capside - zone P = à l’origine de l’ARN polymérase qui permet la copie du gène initial (en bleu) - zone X =on ne sait pas précisément son rôle mais joue un rôle dans les phénomènes de cancérisation (virus de l’hépatite B peut induire l’apparition d’un cancer) 2- L’enveloppe virale Elle dérive par bourgeonnement de la cellule hôte. Cela peut être de : - la membrane plasmique ( grippe, rage, HIV) - la membrane nucléaire ( HSV) - ou d’autres membranes intracytoplasmiques : appareil de golgi, RE, vacuoles C’est une bicouche lipidique avec à sa surface des glycoprotéines d’origine virale = spicules. Elles vont permettre à la partie virale de s’attacher avec ses récepteurs. A la face interne de l’enveloppe, on peut retrouver une couche de protéines virales = protéines de matrice : permet d’amorcer la fabrication des particules = le bourgeonnement Cette enveloppe est fragile et résiste mal dans le milieu extérieur et le tube digestif. Le virus ne doit donc pas rester trop longtemps à l’extérieur et sera transmis par contacts rapprochés (ex: contacts muqueux). Les virus nus seront transmis directement et par environnement contaminé. Exemple : comme il est résistant, si on le dépose sur un objet, il peut rester très longtemps dessus Exemple : Membrane lipidique avec des glycoprotéines. 13  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER Exemple : bourgeonnement de la membrane cytoplasmique. Mais attention, elles ne sont pas matures. La maturation ne se fait qu’à l’extérieur. Exemple : bourgeonnement de la membrane nucléaire interne. L’enveloppe formée va ensuite échanger avec d’autres compartiments cellulaires. D. Caractéristiques de virus complexes VIH : - Il a un génome diploïde : 2 molécules d’ARN et des ribonucléoprotéines. Dans un génome diploïde, il y a 2 segments identiques avec 2 fois la même information génétique. ➞donc 2 molécules d’ARN identique - Sa capside protéique est en forme de cône tronqué (hexons et pentons). - Son enveloppe contient une matrice et des spicules glycoprotéiques. Poxvirus : - C’est l’un des plus gros virus connus, capable de produire. Il a 375 kpb d’ADN. - C’est un nucléocapside tubulaire qui est formé de coque interne et de corps latéraux. Les coques ont plusieurs couches d’enveloppe. Une de leur enveloppe ne dérive pas d’une enveloppe cellulaire, ne bourgeonne pas. Ces tubules font fabriquer à la cellule des tubules lipidiques et s’en enroulent. C’est donc à eux de synthétiser leur membrane. C’est un virus tout de même résistant à l’extérieur. 14  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER IV - multiplication des virus dans la cellule Après avoir vu les éléments de structure, on va maintenant essayer de comprendre comment les particules virales constituent-elles ? comment se comportent-elles ? On va ainsi faire appel au principe de la multiplication des virus dans la cellule. En effet, ces agents ont la particularité de se multiplier dans les cellules pour exister. A. Types d’infection Il existe 3 grands types d’infection de la cellule. 1 : L’infection productive − Expression de tous les gènes viraux − + / - lyse des cellules − Production de virions ⚠️Le terme virus est un terme général. Virion = la particule virale. 2 : L’infection abortive − Expression du virus interrompue : à cause d’un virus défectif ou d’une cellule non permissive − Cellule normale − Pas de virions produits 3 : L’infection persistante / latente − Persistance du génome viral dans la cellule − + / - expression de quelques gènes viraux (permettant cette latence) − Survie de la cellule + / - modifiée − Persistance qui peut, dans certains cas, être le point de départ d’une transformation maligne (développement de cancers) − Pas de virions produits Quand les virus sont sous forme de génome latent ou lorsque ces génomes commencent à se multiplier dans les cellules sans donner de virions, c’est-à-dire de protéines virales, ils provoquent le développement de lésions comme le cancer du col de l’utérus. Comment « vivent » les virus ? Sont-ils vivants ? Cela dépend de ce que l’on considère être vivant. − Si on dit : est vivant un agent capable de s’alimenter et de se reproduire. o Les virus n’entrent pas dans cette définition ⛔ 15  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER − Si on dit : est vivant un agent constitué de molécules du vivant (oxygène, azote, carbone, etc). o Alors les virus peuvent être considérés comme vivants ✅ ➞Vivants ou non, les virus sont capables d’infecter et de se multiplier dans les cellules. Par exemple, le virus du VIH qui se multiplie dans une cellule peut produire un grand nombre de particules virales : jusqu’à 10 000 virions infectieux. Notion de tropisme (abordée au cours suivant) : les virus n’infectent pas tous les mêmes cellules. B. L’étude des virus en laboratoire Afin d’être étudiées, les cellules de notre organisme telles que les fibroblastes ou les cellules épithéliales peuvent être cultivées et conservées en laboratoire. Les études in vitro utilisent surtout des cellules issues de cancers, car elles continuent à se développer. Ce qui est alors intéressant à observer, c’est que les cellules cancéreuses ont subi tellement de remaniements, qu’elles ne fabriquent plus de molécules capables de les protéger des virus. Ces derniers vont alors se multiplier et produire beaucoup de virions rendant l’étude du virus plus facile. ➞A noter que ça n’est pas toujours la réalité par rapport à ce qui se passe dans les cellules saines mais cela donne tout de même une idée. Un autre système utilisé pour étudier les virus est l’œuf embryonné. L’œuf de poule correspond à une demi-cellule. Lorsque cette demi-cellule est fécondée par le gamète mâle provenant du coq, cela nous donne une cellule qui va se diviser et se différencier pour donner un poussin en 21 jours. Si on administre des virus au bon endroit dans l’œuf, des particules virales vont être produites. C’est le signe que les virus se multiplient. On va alors pouvoir récupérer les particules virales pour fabriquer des vaccins. Un œuf = une dose de vaccin. ➞Il faut être vigilant car certaines protéines de l’œuf subsistent dans le vaccin, donc pour les vrais allergiques à l’œuf on ne peut pas les vacciner avec le type de vaccin. 16  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER C. Processus de multiplication Comment les virus se fabriquent-ils ? Comment se multiplient-ils dans les cellules ? 1- Les virus ADN Exemple : le virus herpès (qui donne les boutons de fièvre) : Génome viral ADN Après avoir mis le virus en contact avec des cellules, on a observé sur ces dernières que les structures qui jouent un rôle clé dans la biologie de la cellule (protéines, glycoprotéines, glycolipides) ont été mises à profit par les virus pour en faire leurs récepteurs. ➞Certaines structures de surface cellulaire ont été découvertes car elles étaient les récepteurs pour un virus. On a compris seulement après à quoi elles servaient pour la cellule. Tout d’abord, toute infection commence par l’attachement du virus à son ou ses récepteurs. Le virus herpès est dit enveloppé. L’entrée du virus se fait alors par fusion entre l’enveloppe virale et la membrane cytoplasmique. Le contenu de la particule virale, qui est une capside dans laquelle se trouve l’acide nucléique, va alors se retrouver dans le cytoplasme. La capside de l’herpès va être modifiée pour que l’ADN puisse en sortir : c’est la décapsidation. La machinerie contenue dans le noyau est utile pour les virus à ADN. Ils placent donc leur ADN viral dans le noyau de la cellule. Ensuite, le génome viral va se multiplier. Il s’agit d’une double hélice d’ADN à partir de laquelle chaque brin d’ADN va être copié. A leur tour, tous les constituants viraux sont fabriqués. En effet, l’information génétique portée par l’ADN est transcrite en ARN messager viral dans le noyau. Les ARNm partent dans le cytoplasme en passant par les pores nucléaires pour être traduits en protéines virales qui reviennent dans le noyau par les pores nucléaires pour s’assembler et fabriquer des capsides. Capsides dans lesquelles sont introduites les molécules d’ADN pour former les nucléocapsides. Le virus de l’herpès est enveloppé, donc pour être libéré, il doit acquérir une enveloppe aux dépens de la membrane nucléaire interne. (S’il s’agit d’un virus non enveloppé comme les adénovirus, la solution de sortie est l’éclatement de la cellule) Certains virus provoquent des modifications sur les cellules. Par exemple, pour les cellules arrondies, on dit que ça forme un effet cytopathique à type de grappe de raisin. Certaines familles de virus provoquent telles ou telles modifications qui leur sont typiques. C’est utile et intéressant pour reconnaître les virus. 17  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER 2- Les virus ARN Exemple : les entérovirus : Génome viral constitué d’un brin d’ARN (+) La première étape est la mise en contact du virus avec les cellules possédant les récepteurs qui lui correspondent. Une fois ces récepteurs trouvés, le virus s’y attache. Pour pouvoir rentrer dans la cellule, il peut y avoir une translocation de l’ARN (qui est sous pression dans la capside) à travers la membrane cytoplasmique. Ou alors, l’ARN passe par une vacuole d’endocytose pour se retrouver dans le cytoplasme. Cet ARN est positif (+), c’est-à-dire qu’il est comme un ARN messager ; il peut être traduit en protéines par l’action des ribosomes qui vont lire l’information génétique présente tout le long de cet ARN. A l’issue de cette traduction, une grande polyprotéine est produite. Elle va être clivée par auto-clivage. On va alors obtenir des protéines enzymatiques virales impliquées dans la réplication du virus dans la cellule (en bleu et vert sur le schéma). On retrouvera parmi ces protéines, une protéine avec activité ARN polymérase, capable de copier de l’ARN (+) en son image, c’est-à-dire son complémentaire qui est l’ARN (-). ARN (+) peut être réinjecté dans le système pour pouvoir être de nouveau traduit en protéines par les ribosomes. ARN (+) peut aussi devenir le futur ARN (+) que l’on va retrouver dans les nouvelles particules virales. Il est alors dit ARN génomique. À la suite du clivage, on obtient également des protéines de structure (en marron sur le schéma) qui vont s’auto-assembler pour donner une structure dans laquelle va s’intégrer une molécule d’ARN. Cet ensemble donne un provirion. Une autre étape de maturation est nécessaire pour les sous-unités de capsomère : VP1, VP3 et VP0. Effectivement, VP0 va s’auto-cliver en VP2 et VP4. Lorsque les 4 sous unités de capsomères seront présentes (VP1, VP2, VP3 et VP4), le virion sera alors mature et prêt à être libéré par la cellule. Vient l’étape de la libération. -Celle-ci peut être brutale. Selon la quantité de virus initiale, en 24h à 48h, la cellule est détruite : c’est un type d’effet cytopathique. -La libération peut être à l’inverse, plus « douce ». Les virus sortent alors en paquet par des molécules qui sont exocytées. A l’inverse des virus à ADN qui se répliquent dans le noyau, les virus à ARN restent dans le cytoplasme ; dans les vésicules lipidiques. Ces vésicules lipidiques se forment sous l’effet d’une protéine virale, qui apparaît grâce aux traductions et qui induit la synthèse des vésicules. Elles sont très utiles à la réplication de l’ARN. C’est là que l’ARN (+) est copié en ARN (-) 18  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER 3- Exemple du VIH (= Virus de l’Immunodéficience Humaine) Pour comprendre le phénomène de bourgeonnement. Les points rouges sur la cellule en haut à droite, c’est du VIH qui sort de cette cellule. En regardant les cellules au microscope électronique, on observe que des particules virales s’en échappent par bourgeonnement en emportant un peu de membrane cytoplasmique pour former une nouvelle particule virale. Cette dernière n’est pas encore totalement mature puisque ce processus s’achèvera à l’extérieur de la cellule. 4- Récap : Les étapes du cycle productif I. La phase précoce. Les étapes sont : l’attachement, la pénétration et la décapsidation. Le génome, c’est-à-dire, l’information génétique est maintenant libérée de son environnement protéique. II. La phase de synthèse des macromolécules virales Exploitation du génome viral : il est répliqué, les ARN messagers sont transcrits et les protéines sont produites. C’est la synthèse des constituants viraux. III. La phase tardive C’est l’assemblage des constituants pour que se construisent les nucléocapsides (assimilées par le professeur comme de petites boîtes contenant l’information génétique virale). Puis libération des virions infectieux de la cellule. 19  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER I. La phase précoce Comment un virus rentre dans une cellule ? Par fusion avec la membrane cytoplasmique (virus enveloppés) o Le virus se retrouve dans le cytoplasme de la cellule Par une vacuole d’endocytose o Fusion entre l’enveloppe virale et la membrane de la vacuole, puis la vacuole entre dans la cellule. Par une vacuole contenant un pH acide o L’acidité dégrade la particule virale ▪ Entrée du génome libre dans le noyau Pour les adénovirus : Dégradation de la particule virale par l’acidité de la vacuole o L’acidité présente dans la vacuole permet de dégrader la particule virale et donc de libérer l’ADN, qui sera ensuite envoyé dans le noyau. Remarque : adénovirus vient du fait qu’ils donnent des adénopathies (ganglions) +Memo : ADeNo = ADN Pour les entérovirus : Le virion interagit avec son récepteur o Modification de la conformation de la particule virale ▪ Aménagement d’un pore au niveau de l’un des sommets, plus précisément au niveau de VP1 (en rouge sur le schéma), afin de faire sortir l’ARN dans le cytoplasme. 20  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER D. Synthèse des macromolécules Le virus est capable de faire fabriquer à la cellule tous les éléments le constituant, notamment les protéines virales, tout cela grâce à la transcription, la traduction, et la réplication du génome viral : on parle du cycle viral. 1. Cycle viral de l’herpès : Le virus s’attache au récepteur, puis il y a fusion entre l’enveloppe virale et la membrane cytoplasmique. Les protéines entrantes se placent au niveau du noyau et provoquent la décapsidation et le passage de l’ADN par les pores nucléaires. Obtention des premiers ARNm de la phase pré-précoce. Des ARNm sortent par les pores nucléaires pour être traduits en protéines pré-précoces. Ils reviennent dans le noyau par les pores pour assurer la phase suivante : la multiplication (avec la transcription d’ARNm précoces, qui traduisent des protéines précoces). Ces protéines précoces reviennent dans le noyau pour initier la copie de l’ADN viral et induire, dans la phase tardive, des protéines tardives impliquées dans la fabrication de la capside, ou transformées en glycoprotéines par l’appareil de Golgi. 2. Cycle viral de l’entérovirus : Le virus rentre dans la cellule, est traduit en protéines non structurales et structurales. Les protéines non structurales assurent la réplication d’ARN (+) grâce à l’ARN (-). ○ Assemblage des protéines VP pour former la capside 21  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER 3. Cycle viral du VIH : Après fusion, l’information génétique est divisée en deux parties : la particule virale apporte des protéines à activité enzymatique permettant la rétrotranscription (grâce à la transcriptase inverse) d’un seul des deux brins d’ARN en ADN simple, puis double brin. L’ADN double brin se circularise, et est intégré au génome grâce à une intégrase (on parle d’ADN proviral). La nouvelle information génétique est transmise aux cellules filles par divisions cellulaires. L’ADN proviral se multiplie dans l’organisme. Après traduction en protéines et assemblage, un bourgeon non mature sort de la cellule contenant des protéases : ○ Coupent les polyprotéines en morceaux qui vont finir leur maturation à l’extérieur. De plus, lorsqu’une cellule est infectée, il y a énormément de mouvements du centre vers la périphérie. 22  Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER E. Étape tardive : assemblage et libération des virions Les composants viraux néosynthétisés s’accumulent dans des compartiments cellulaires. Les molécules de génome viral s’assemblent avec les sous-unités protéiques de la capside. 3 libérations différentes : les provirions, les virions nus, les virions enveloppés : 1. Provirion (exemple de l’entérovirus) : Fabrication de protéines de structure qui s’assemblent par 5, et qui forment un provirion une fois assemblées à l’ARN synthétisé. Ce provirion devient mature par auto-clivage de VP0, devenant alors un virion infectieux qui infecte d’autres cellules. 2. Virion nu (exemple des adénovirus) : Maturation et multiplication d’un virion nu dans le noyau. Les protéines, fabriquées par la traduction des ARNm des virus reviennent par les pores nucléaires. La capside incorpore une nouvelle molécule d’ADN. Éclatement de la cellule lors de la sortie des nouveaux virus (nus). 23 Ronéosaure 2024/2025 Virologie - structure et réplication des virus Pr HOBER 3. Virion enveloppé : Enveloppe acquise par la membrane plasmique externe en quittant la cellule Glycoprotéine dans le feuillet lipidique a) Virus à symétrie hélicoïdale (virus de la grippe et du VIH) La protéine virale se fixe à la partie interne du péplomère et sert de zone de reconnaissance pour la nucléocapside hélicoïdale Début du bourgeonnement : grossissement puis libération dans le milieu extracellulaire => la membrane plasmique est peu altérée b) Virus à symétrie icosaédrique (herpesviridae) Assemblage dans le noyau Bourgeonnement dans le feuillet interne de la membrane nucléaire Fusion de cette enveloppe avec le feuillet externe de la membrane nucléaire Bourgeonnement dans les vésicules du réticulum endoplasmique et de l’appareil de Golgi Cheminement vers la membrane plasmique 24