Presentation des viroides et des tobamovirus

La connaissance des maladies infectieuses et de leurs agents causals s’est affinée au fil des décennies avec des périodes d’accélération importante des connaissances. Ces avancées ont souvent reposé sur des progrès technologiques mettant à disposition de nouveaux outils autorisant des nouvelles découvertes (Raoult, 2010). Même si le niveau de technologie des dernières décennies à atteint des niveaux élevés, avec le plus récemment la mise au point des technologies de séquençage à haut débit permettant des études de métagénomique dont le nombre a été considérable, il reste des trous de connaissance apparemment importants. Cette méconnaissance du monde des agents infectieux peut être en partie liée à des obstacles à la découverte de nouveaux agents infectieux qui ont pu reposer sur de l’aveuglement, c’est-à-dire des a priori voire des dogmes empêchant d’observer ou de considérer certains agents infectieux car ils possédaient des caractéristiques différentes de celles définissant les agents infectieux précédemment décrits. Des exemples de découvertes inattendu au cours du XXIe siècle ont ainsi été la découverte des virus géants d’une part et des Candidate Phyla Radiation (CPR) (Brown et al., 2015) et des nanoarchées (Brett et al., 2010) d’autre part. Le premier virus géant, Mimivirus, a été découvert en 2003, 11 ans après qu’il a été isolé à partir de l’eau d’une tour de climatisation prélevée lors de l’investigation d’une épidémie de pneumonie en Angleterre (La Scola et al., 2003). Il a été pendant plusieurs années considéré comme un coccus à Gram positif, donc une bactérie, puisqu’il n’était pas envisagé qu’un virus puisse être visible au microscope optique est d’une taille similaire à celle de petites bactéries (Raoult et al., 2007). Quelques années plus tard les CPR et les nanoarchées ont été découvertes. Ils avaient été négligés jusqu’alors puisqu’il n’était pas envisagé que des organismes cellulaires comme les bactéries ou les archées puissent être d’une taille inférieure à 200 μm, similaire à celle de certains virus, et par conséquent invisibles au microscope optique.

Or les CPR représentent en nombre plus de 15% du monde bactérien, et leur découverte date de 2015 (Brown et al., 2015). Ceci suggère que la découverte d’autres agents infectieux de natures différant de celles des agents actuellement connus est possible voire probable à court terme. Un autre élément ayant pu ralentir la découverte de nouveaux agents infectieux est une compartimentalisation des champs d’études relativement à la formation et aux compétences des chercheurs et de leurs équipes.

Il est admis aujourd’hui qu’il y a une vraie scission entre les mondes de la virologie animale et végétale, se traduisant par un nombre limité d’études d’une part sur l’existence et l’impact des agents phytopathogènes sur le monde animal, et en «particulier les vertébrés », et d’autre part d’agent pathogènes décrits dans le monde animal affectant les végétaux. Les viroïdes et les viroïdes-like ARN satellites sont des agents infectieux qui ne sont pas classés comme étant des virus, mais comme des agents sous-viraux. Les viroïdes et certains genre viraux pathogènes de plantes, en particulier les tobamovirus, sont très stables dans l’environnement, pouvant résister à des contraintes fortes comme le processus de digestion ou même la transformation agroalimentaire. Viroïdes et tobamovirus peuvent se propager par simple contact physique à partir de matériel végétal. Ainsi, les outils, structures et véhicules agricoles ayant été en contact avec ces agents pathogènes peuvent rester infectieux sur de longues périodes. Transmis par les semences, ils peuvent se propager rapidement dans le monde entier en raison de la fréquence et du volume important des échanges internationaux. Des protocoles réglementaires de désinfection de semences sont appliqués dans de nombreux pays pour limiter leur dissémination. Ces éléments suggèrent une exposition de l’Homme aux viroïdes et aux tobamovirus via l’alimentation, en particulier les fruits et légumes, et aux activités liées à l’agronomie. Si des travaux de recherches ont déjà associé les tobamovirus à des signes cliniques et à une réponse immunitaire chez l’Homme (Balique et al., 2013, 2012; Colson et al., 2010), aucune étude n’a à ce jour mentionné un impact possible des viroïdes, ou des structures proches des viroïdes, sur la santé des animaux et en particulier sur celle des vertébrés.

Introduction aux viroïdes 

Les viroïdes sont des parasites intracellulaires sous-viraux infectant uniquement les plantes monocotylédones et dicotylédones, herbacées et ligneuses. On retrouve les viroïdes à la fois chez des espèces sauvages ornementales ou des plantes cultivées (Di Serio et al., 2014, 2017; Flores, 2001a; Kovalskaya and Hammond, 2014). Exclusivement décrits dans les systèmes végétaux, ils ont été recherchés principalement dans les plantes d’intérêt agronomique pour l’homme comme la tomate (Solanum lycopersicum) (Antignus et al., 2007, 2002; Piernikarczyk, 2016), la pomme de terre (Solanum tuberosum) (Piernikarczyk, 2016; Yanagisawa et al., 2019), la noix de coco (Coco Nucifera) (Flores, 2001a) et d’autres espèces de consommation (Antignus et al., 2002; Candresse et al., 2007a; Dall et al., 2019; Hammond and Owens, 2006; Verhoeven et al., 2006, 2017a) ou d’ornement (pétunia, chrysanthèmes) (Glouzon, 2013; Hammond and Owens, 2006; Verdin et al., 2017; Yanagisawa et al., 2019).

Classification

Les viroïdes sont répartis dans deux familles, les Pospiviroidae et Avsunviroidae, subdivisées en cinq genres, respectivement Pospiviroid, Hostuviroid, Apscaviroid, Cocadviroid, Coleviroid et trois genres Avsunviroid, Pelamoviroid, Elaviroid (Di Serio et al., 2017; T. Diener, 2016). Les viroïdes comptent près de 40 espèces connues. Le nom des Pospiviroidae provient du premier viroïde découvert en 1971 par T.O Diener, le Potato Spindle Tuber viroid (PSTVd) et le nom Avsunviroidae provient de l’ Avocado Sunblotch viroid (ASBVd) (Di Serio et al., 2018; T. Diener, 2016; Diener, 1971; Flores, 2001a). Le Chrysanthemum stunt viroid (CSVd) chez le chrysanthème, le PSTVd chez la pomme de terre, le Coconut cadang-cadang viroid (CCCVd) chez le cocotier, le Tomato apical stunt viroid (TASVd) chez la tomate et le Citrus exocortis viroid (CEVd) appartenant à la famille des Pospiviroidae ; et le Peach latent viroid (PLVd) chez le pêcher, le Chrysanthemum chlorotic mottle viroid (CChMVd) chez les chrysanthèmes et le ASBVd chez l’avocat appartenant à la famille des Avsunviroidae, sont des espèces associées à des maladies particulièrement surveillées (Kovalskaya and Hammond, 2014). Trois caractéristiques principales différencient ces deux familles de viroïdes : leur structure secondaire, l’organisation des domaines génomiques et leur mode de réplication autonome. Leurs structures secondaires en tige-boucle ou bâtonnet sont caractéristiques des Pospiviroidae alors que la structure en tête de marteau est associée aux Avsunviroidae (Figure 1) (Flores, 2001a).

Organisation du génome 

Les viroïdes sont composés uniquement d’un ARN génomique monocaténaire non codant dont la taille très courte varie entre 246 et 475 nucléotides (nt) de long (Yanagisawa et al., 2019). Les viroïdes sont non-encapsidés et non-enveloppés (Gas et al., 2007; Messmer et al., 2017; Piernikarczyk, 2016; Yanagisawa et al., 2019). L’ARN génomique des viroïdes a une composition élevée en bases guanine et cytosine leur permettant de s’apparier et de se refermer sur eux-mêmes prenant différentes conformations en épingle à cheveux (« stem-loop »), en « tetraloop », « pseudo-loop» avec ou sans embranchement (Gas et al., 2007). De plus, la composition élevée en bases guanine et cytosine confère une stabilité au génome et une résistance physique à la chaleur ainsi qu’aux rayonnements ultraviolets et ionisants (Diener and Owens, 1980). La grande stabilité des viroïdes leur permet de résister à des conditions environnementales difficiles même en dehors de la cellule hôte (Roger, 2011).

L’organisation du génome est un critère important différenciant les deux familles. La présence du motif conservé de la région centrale (central conserved region, CCR) (Figure 2) est décrite uniquement chez les Pospiviroidae. Ce motif, qui comprends cinq domaines distincts et joue un rôle primordial au cours du cycle de réplication (Di Serio et al., 2017; Flores, 2001a). La CCR est impliquée dans la spécificité d’hôtes, la réplication et le caractère pathogénique (Flores, 2001a). Les domaines « terminal Left, TL », « terminal right, TR » et « Variable domain, V », sont conservés et sont caractéristiques des Pospiviroidae. La région de pathogénicité « pathogenicity domain, P » est impliquée dans la virulence envers l’hôte. Elle est spécifique d’un viroïde à l’autre (Flores, 2001a; Roger, 2011) .

Le génome des Avsunviroidae se définit par deux domaines. Un domaine en tête de marteau « Hammerhead region, HHR », responsable d’une activité de type ribozyme-like-auto-clivante. Cette activité ribozyme auto-clivante est décrite uniquement chez les Avsunviroidae (Di Serio et al., 2018). Un autre domaine riche en tige-boucles « loop-rich region, LRR » présent chez les Avsunviroidae possède un pourcentage de guanine-cytosine supérieur à celui retrouvé dans la région en tête de marteau (Di Serio et al., 2017; Messmer et al., 2017) .

Chez les Avsunviroidae, l’ARN génomique en tête de marteau possède des structures communes aux ARN catalytiques de type ribozyme. À partir d’analyses phylogénétiques couplées aux caractéristiques biochimiques des viroïdes, il a été proposé par Bussière et al. que le viroïde du pécher (PLMVd) disposant d’un ARN auto-répliquant avec une activité ribozyme-like pourrait correspondre à un fossile moléculaire, datant du monde « pré-cellulaire » (Bussière et al., 1995; Roger, 2011), preuve encore vivante d’un « monde ARN pré-cellulaire » (Flores, 2001a; Friday, 2017; López-Carrasco and Flores, 2017; Moreno et al., 2019). En 1989, T.O. Diener avait déjà suggéré que les viroïdes pourraient être des « fossiles vivants » préexistants bien avant l’apparition des ARNs cellulaires (ribosomale, messager et de transfert), de l’ADN et des protéines, faisant ainsi des viroïdes des ancêtres archaïques à l’origine du « monde ARN » (Flores, 2001a; Seligmann and Raoult, 2016) et à l’origine de la vie (Moreno et al., 2019).

Pathogénicité

Les viroïdes détournent le processus post-transcriptionnel du gene silencing, mécanisme de défense bien connu chez les plantes» (Kurihara et al., 2007; Smith and Dombrovsky, 2019). Ce mode de défense a également été décrit chez les champignons et certains invertébrés (Jiang et al., 2012). Tout d’abord, les viroïdes se répliquent en détournant l’ARN polymérase de la cellule hôte. La réplication des viroïdes génère des ARN double brins intermédiaires, qui sont découpés par des exonucléases « Dicer » en petits ARN interférents, ou siRNA, de 21 à 25 nucléotides de long (Dadami et al., 2017; Dalakouras et al., 2013) (Figure 9). Ces siRNA double brin sont ensuite incorporés au sein d’un complexe RISC (« RNA-induced silencing complex » ayant une activité siRNA ribonucléase). Si les séquences de siRNA correspondent aux ARN messagers de l’hôte, les RISC peuvent les cibler conduisant à une dégradation menant à l’apparition de symptômes chez la plante hôte (Figure 9). Les RISC peuvent également cibler le viroïde, le forçant à évoluer, pour adopter et maintenir une structure résistante au silencing de l’ARN (Wang et al., 2004).

Table des matières

Introduction de la thèse
PLAN DE LA THESE
PREMIERE PARTIE
PRESENTATION DES VIROIDES ET DES TOBAMOVIRUS
Introduction aux viroïdes
Classification
Organisation du génome
Réplication
Symptômes
Pathogénicité
Mode d’infection
Stratégies de management
Introduction aux tobamovirus
Classification
Gamme d’hôtes
Morphologie
Organisation du génome
Réplication
Stabilité et résistance
Symptômes
Pouvoir pathogène
Mode d’infection
Stratégies de management
Références
DEUXIEME PARTIE
PROJET I
Étude Bibliographique
Avant-propos de la revue
Revue
Article soumis pour publication dans Annals of the New York Academy of Sciences
Plan de Revue
Abstract
Introduction
Genomic and structural features
Replication and pathogenicity
Putative origin
Hepatitis-causing delta agent: an example of viroid-like entity in humans and other animals
Putative presence and interactions of viroids, viroid-like entities or their short derived RNAs in animals including humans
Conclusion
References
PROJET II
Recherche in silico de séquences viroïde-like chez l’homme
Avant-propos
Article bio-informatique
Article publié dans Intervirology
Discussion
References
PROJET III
Travail de recherche
Avant-propos du Travail de recherche
Introduction
Materials and Methods
Results
Discussion
Figure 16
Figure 17
Figure 18
Figure 19
Figure 20
Figure 21
Figure 22
Table 1
References
PROJET IV
Travail de recherche
Avant-propos du Projet IV
Article de Recherche
Introduction
Materials and Methods
Results and Discussion
Figure 23
Figure 24
Figure 25
Figure 26
Figure 27
Figure 28
Table 2
Table 3
References
PROJET V
Introduction
References
Travail de Recherche 1
Article de Recherche 1
Article accepté dans Annals of Clinical Medicine
To the Editor
Figure Legend
Figure 1
References
Travail de Recherche 2
Article de Recherche
Article à soumettre pour publication
Case report
Figure legends
Figure 1
References
TROISIEME PARTIE
CONCLUSION ET PERSPECTIVES

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