Table des matières
TABLE DES ANNEXES
TABLE DES ILLUSTRATIONS
LISTE DES ABREVIATIONS
INTRODUCTION
Partie 1 Rappels structuraux, cycles et variabilité génétique chez les virus à ARN
1.1. Structure et constituants viraux
1.1.1. L’acide nucléique viral
1.1.2. Les protéines virales
1.1.3. Les lipides viraux
1.2. L’architecture virale
1.2.1. Les capsides ou nucléocapsides
1.2.2. Les enveloppes virales
1.3. Le cycle viral
1.3.1. Phase initiale
1.3.2. Phase de multiplication
1.3.3. Phase de libération
1.3.4. Diversité du cycle viral et de l’expression génétique
1.4. Dogme central de la biologie moléculaire chez les virus
1.4.1. Première ébauche du dogme central
1.4.2. Extension du dogme central aux virus
1.4.3. Le code génétique
1.5. Familles de virus faisant l’objet de l’étude
1.6. Variabilité et instabilité génétique chez les virus à ARN
1.6.1. Mise en évidence précoce de la variabilité et de l’instabilité virale
1.6.2. Enzymes de réplication et génération des mutants
1.6.3. Les mutations, mécanisme de variabilité génétique
1.6.3.1. Les mutations ponctuelles
1.6.3.2. Hypomutations et hypermutations
1.6.3.3. Les expansions répétées
1.6.3.4. Les duplications
1.6.3.5. Conséquences des microlésions
1.6.3.5.1. Conséquences d’une substitution en séquence codante
1.6.3.5.2. Conséquences des décalages du cadre de lecture en séquence codante
1.6.3.5.3. Conséquences des microlésions en région non-codante
1.6.3.5.4. Conséquences sur l’aspect fonctionnel
1.6.3.5.5. Conséquences en fonction du contexte
1.6.4. Les recombinaisons
1.6.5. Les réarrangements/réassortiments
1.6.6. La segmentation du génome
1.6.7. Conclusion sur la variabilité
1.7. Conclusion
Partie 2 Principes darwiniens chez des populations virales à ARN
2.1. Théorie de l’évolution, un premier pas vers l’évolution des populations
2.2. La théorie synthétique de l’évolution
2.2.1. Loi de Hardy-Weinberg
2.2.2. Caractéristiques des facteurs
2.2.3. Variation génétique
2.2.3.1. Taux de mutation
2.2.3.2. Fréquence de mutation
2.2.3.3. Taux d’évolution
2.2.4. La compétition
2.2.5. La sélection
2.2.5.1. Extension au milieu extracellulaire
2.2.5.2. Limite floue entre sélections positive et négative
2.2.5.3. Contraintes sélectives
2.2.6. Effets fondateurs et dérive génétique
2.2.6.1. Effets fondateurs
2.2.6.2. Dérive génétique
2.2.7. Les migrations
2.2.8. Bilan des forces évolutives appliquées aux populations virales
2.3. La valeur sélective virale
2.3.1. La valeur sélective en génétique des populations
2.3.2. La valeur sélective appliquée aux virus
2.3.3. Mesure de la valeur sélective chez les virus
2.3.4. Intérêts des mesures de la valeur sélective
2.3.5. La valeur sélective moyenne
2.4. Le paysage adaptatif
2.4.1. Topographie des paysages
2.4.2. Déplacements au sein des paysages et shifting balance theory
2.4.2.1. Selon la séquence nucléotidique
2.4.2.2. Selon l’environnement.
2.4.2.3. Shifting balance theory
2.4.3. Un paysage mouvant et complexe.
2.5. Conclusion
Partie 3 Les quasi-espèces virales : expériences historiques, modèles théoriques et expérimentaux
3.1. Le modèle mathématique d’Eigen
3.1.1. Les expériences de Spiegelman et l’origine des passages en série
3.1.2. La théorie mathématique d’Eigen et Schuster
3.1.2.1. Approche intuitive
3.1.2.2. Equations fondamentales de la théorie mathématique
3.1.3. Simplification du modèle de la quasi-espèce
3.1.3.1. La balance sélection-mutation chez un modèle réplicatif présentant des erreurs
3.1.3.2. Le seuil d’erreur et l’erreur catastrophique
3.1.3.3. Le seuil d’extinction
3.1.3.4. Ajout d’autres génotypes au modèle
3.1.3.5. Introduction des mutations retours
3.1.3.6. Les réseaux neutres
3.1.4. Le modèle d’Eigen
3.2. Applications du modèle à des virus à ARN
3.2.1. Mise en évidence d’un réservoir de mutants
3.2.2. Une distribution chez le bactériophage Qβ évoquant une quasi-espèce
3.2.3. Un modèle applicable mais limité
3.3. Les quasi-espèces chez les virus à ARN
3.3.1. Organisation du spectre de mutants
3.3.1.1. Définition du spectre de mutants
3.3.1.2. La séquence maîtresse
3.3.1.3. La séquence consensus
3.3.1.4. Un spectre organisé de mutants
3.3.2. Formation du spectre de mutants et exploration de l’espace séquence
3.3.2.1. L’espace séquence
3.3.2.1.1. Représentation en deux dimensions
3.3.2.1.2. Représentation en trois dimensions
3.3.2.2. Exploration de l’espace séquence
3.3.3. Seuil d’erreur et l’erreur catastrophique chez les virus à ARN
3.3.3.1. Seuil d’erreur et erreur catastrophique chez les virus
3.3.3.2. Application à l’exploration de l’espace séquence
3.4. Mesure de la complexité du spectre
3.4.1. Paramètres utilisés pour estimer la complexité du spectre
3.4.2. Méthodes de séquençage classique
3.4.2.1. Clonages biologique et moléculaire
3.4.2.2. Le séquençage de Sanger
3.4.3. Séquençage haut débit appliqué aux études des quasi-espèces virales
3.4.3.1. Déroulement général du séquençage haut-débit
3.4.3.2. Technologies utilisant le séquençage haut-débit
3.4.3.3. L’analyse des données
3.4.3.4. Apports du séquençage haut débit dans l’étude des quasi-espèces
3.4.4. Méthodes de classification
3.4.4.1. Partition Analysis of Quasispecies
3.4.4.2. Une grande variété de méthodes d’analyses et d’échantillonnages
3.5. Conclusion
Partie 4 Paramètres et dynamique des quasi-espèces virales
4.1. Hétérogénéité dans les populations virales à ARN
4.1.1. Une fidélité de réplication modulable
4.1.2. Le fort taux de mutation, source d’hétérogénéité de la population
4.1.3. Remplissage du spectre de mutants : première approche de la dynamique des quasiespèces
4.1.3.1. Remise en question de l’intérêt de l’étude de la séquence consensus
4.1.3.2. Une dynamique basée sur la composition du spectre de mutants
4.1.3.3. Evolution du spectre de mutant sans changement de la séquence consensus
4.1.3.4. Evolution du spectre de mutant avec changement de la séquence consensus
4.1.4. Conclusion
4.2. Taille du génome viral
4.2.1. Une meilleure exploration de l’espace séquence
4.2.2. Relation du seuil d’erreur et taille du génome
4.2.3. Un génome soumis à des contraintes fonctionnelles
4.2.4. Segmentation du génome
4.3. Impact de la taille de la population
4.3.1. Approche théorique à l’aide de l’espace séquence
4.3.2. Taille et hétérogénéité de la population virale
4.3.3. Etudes expérimentales des valeurs sélectives
4.3.3.1. Perte de valeur sélective au sein d’une population virale
4.3.3.1.1. Simulations expérimentales des goulots d’étranglement
4.3.3.1.2. Applications expérimentales du cliquet de Müller
4.3.3.1.3. Maintien de valeur adaptative et échappement à l’extinction
4.3.3.1.4. Une conséquence positive de la sélection négative
4.3.3.2. Augmentation de la valeur sélective au sein d’une population virale et atteinte de l’équilibre
4.3.3.2.1. Définition de l’équilibre en matière de valeur sélective
4.3.3.2.2. Mise en évidence expérimentale et interprétation
4.3.3.2.3. Avantage sélectif de la taille et de l’hétérogénéité
4.3.3.3. Limites de la taille du spectre
4.3.4. Le taux d’évolution, autre approche de l’importance de la taille et de l’hétérogénéité de la population
4.4. Apport des paysages adaptatifs : paysages accidentés et survie du plus plat
4.4.1. Barrières génétiques et phénotypiques
4.4.2. Un paysage adaptatif accidenté chez les virus
4.4.3. La survie du plus plat sur des paysages adaptatifs
4.4.4. Observations expérimentales
4.4.5. Difficultés d’interprétation
4.4.6. Conclusion
4.5. Les facteurs liés à l’hôte
4.6. Conclusions
4.6.1. Conclusion sur la dynamique des quasi-espèces
4.6.2. Paramètres viraux et impact sur l’adaptabilité du virus
Partie 5 Implications biologiques de la dynamique des quasi-espèces
5.1. Résistance et mutants d’échappement
5.1.1. Les contraintes sélectives appliquées lors de traitements
5.1.2. Définition des mutants d’échappement
5.1.3. Résistance aux inhibiteurs antiviraux
5.1.3.1. Les inhibiteurs antiviraux
5.1.3.2. Mécanismes et caractéristiques généraux des résistances
5.1.3.3. Sélection de mutants résistants
5.1.3.3.1. Barrière génétique
5.1.3.3.2. Barrière phénotypique
5.1.3.3.3. Concentrations et caractéristiques de l’inhibiteur
5.1.3.3.4. Apparition de résistance sans exposition aux inhibiteurs
5.1.3.4. Dynamique d’apparition des résistances
5.1.3.5. Un nouveau mécanisme de résistance
5.1.4. Résistance à la réponse immunitaire et à la vaccination
5.1.4.1. Mutants d’échappement face à la réponse immunitaire
5.1.4.1.1. Immunité innée
5.1.4.1.2. Immunité adaptative
5.1.4.1.3. Multiples exemples de mutants d’échappement
5.1.4.2. Mutants d’échappement dans le cadre de la vaccination
5.1.4.2.1. Principes de la vaccination
5.1.4.2.2. Echappement à la vaccination
5.1.4.3. Orientation de l’évolution virale par la vaccination
5.2. Modification du tropisme cellulaire
5.2.1. Modulation par les protéines structurales
5.2.1.1. Les récepteurs cellulaires
5.2.1.2. Interactions cellules-virus via les récepteurs
5.2.1.3. Conséquences des substitutions d’acides aminés présents dans les sites de reconnaissance
5.2.1.3.1. Changement de tropisme cellulaire
5.2.1.3.2. Expansion du tropisme cellulaire
5.2.1.3.3. Modification de la pathogénèse
5.2.2. Modulation par les protéines non structurales
5.2.3. Dynamique de la modulation du tropisme
5.2.4. La coévolution du tropisme et de l’antigénicité
5.2.4.1. Variation antigénique et modification du tropisme in vitro
5.2.4.2. Variation antigénique et modification du tropisme in vivo
5.2.4.3. Dynamique de la coévolution
5.2.5. Conclusion
5.3. La mémoire moléculaire
5.3.1. L’hypothèse des génomes mémoires
5.3.2. Mise en évidence d’une mémoire moléculaire chez les virus à ARN
5.3.3. Caractéristiques des génomes mémoires
5.3.4. Proposition schématique de la dynamique de la mémoire moléculaire
5.3.5. Proposition de mécanisme moléculaire
5.3.6. Implications de la mémoire moléculaire
5.4. Les quasi-espèces, unité de sélection soumise à des interactions internes
5.4.1. Complémentarité
5.4.1.1. Approches expérimentales
5.4.1.2. Caractéristiques de la complémentarité
5.4.2. Interférence
5.4.2.1. Approches théoriques et expérimentales
5.4.2.2. Caractéristiques des interférences
5.4.2.3. Sélection densité-dépendante et auto-organisation
5.4.3. Mécanismes moléculaires de la complémentarité et de l’interférence
5.4.3.1. Deux mécanismes liés
5.4.3.2. Différences avec les mécanismes inhibiteurs généraux
5.4.3.3. Mécanisme de complémentarité et d’interférence
5.4.3.4. Difficultés pour établir les mécanismes d’interactions
5.4.3.5. Interactions des quasi-espèces en tant que groupe
5.5. La mutagénèse létale
5.5.1. Bases de la stratégie antivirale
5.5.2. Principes de la mutagénèse létale
5.5.3. Les analogues nucléotidiques et nucléosidiques
5.5.4. Mécanismes de la mutagénèse létale
5.5.4.1. Caractéristiques de la mutagénèse létale
5.5.4.2. Etapes de la mutagénèse létale
5.5.5. Limites de la mutagénèse létale
5.5.5.1. Termes utilisés
5.5.5.2. Effets bénéfiques de la mutagénèse létale pour le virus
5.5.5.3. Résistance à la mutagénèse létale
5.5.5.3.1. Plusieurs mécanismes de résistance
5.5.5.3.2. Pertinence de l’apparition des résistances
5.5.5.4. Effets secondaires des agents mutagènes
5.5.6. Conclusion
5.6. Mise en place de protocoles combinant mutagénèse létale et d’autres stratégies antivirales
5.6.1. Autres stratégies de lutte antivirale
5.6.1.1. La thérapie combinée
5.6.1.2. Un traitement en deux étapes
5.6.1.3. L’utilisation de médicaments dirigés contre les fonctions cellulaires
5.6.1.4. Stimulation de l’immunité innée
5.6.1.5. Combinaison d’immunothérapie et de chimiothérapie
5.6.2. Utilisation de mutagènes pour une thérapie combinée
5.6.3. Utilisation de mutagènes de manière successive ou simultanée
5.6.4. Limites d’application
5.6.5. Conclusion
5.7. Conclusion des implications biologiques
5.7.1. Application de la dynamique des quasi-espèces virales in vivo
5.7.2. Application de la dynamique des quasi-espèces sur l’évolution sur le long terme
Partie 6 Limites et extensions de la théorie des quasi-espèces
6.1. Une théorie déterministe
6.1.1. L’intervention d’éléments stochastiques
6.1.2. Des exemples isolés de comportements déterministes au sein des populations virales
6.1.3. Nuances du comportement déterministe
6.1.4. Une démarche dite classique
6.1.5. Conclusion
6.2. Limite des méthodes de séquençage
6.2.1. Limites d’échantillonnage des clonages biologique et moléculaire
6.2.1.1. Echantillons parfois peu représentatifs et erreurs de copies
6.2.1.2. Echantillonnage faible
6.2.2. Limites de l’amplification et du séquençage
6.2.3. Corrections des limites
6.2.3.1. Corrections des erreurs dues à l’amplification
6.2.3.2. Circular Sequencing
6.2.3.3. Méthodes de correction
6.2.4. Conclusion
6.3. Limites des mesures de la valeur sélective
6.3.1. Des limites dues aux interactions d’une multitude de facteurs
6.3.2. Limites retrouvées pour les protocoles expérimentaux
6.3.3. Difficultés de l’application de la valeur sélective in vivo
6.3.4. Conclusion
6.4. Remise en cause de la théorie
6.4.1. Mauvaise utilisation du terme
6.4.2. Remise en cause des caractéristiques du comportement des quasi-espèces
6.4.3. Un modèle fait d’exemples
6.4.4. Plusieurs modèles complémentaires
6.5. Extension de la théorie à d’autres organismes
6.5.1. Extension aux virus à ADN
6.5.2. Extension aux cellules : comportement collectif chez des bactéries
6.5.3. Extension aux cellules cancéreuses : hétérogénéité et comportement en groupe
6.5.4. Extension aux hypothèses des origines de la vie
6.5.5. Extension à des systèmes de prions
6.6. Conclusion
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
WEBOGRAPHIE
ANNEXES
