Transcription et synthèse des protéines virales

Historique

Le virus de l’immunodéficience humaine (VIH) a été découvert en 1983 par Luc Montagnier après une biopsie ganglionnaire chez un jeune homosexuel de 33 ans atteint de «lymphadénopathie généralisée ».
Il fut dénommé initialement LAV pour «lymphadénopathy-associated virus » puis nommé quelques années plus tard le virus de l’immunodéficience humaine (VIH). Ce virus Appartient à la famille de Retroviridae. Une famille de virus très fréquente dans diverses espèces animales. Les deux groupes associés à des pathologies chez l’homme sont le HTLV (Human T cell leukemia virus) et VIH.

On distingue le VIH-1 qui est responsable de la pandémie mondiale avec plus de 33 millions de sujets contaminés, et le VIH-2découvert en 1986 chez des patients originaires d’Afrique de l’Ouest.
Le VIH donne une infection virale chronique responsable d’un syndrome d’immunodéficience acquise (SIDA) avec son cortège des infections opportunistes et/ou de pathologies néoplasiques. Les virus de cette famille sont caractérisés par une enzyme, la transcriptase inverse.

Rappels physiopathologiques

Structure et organisation génomique du VIH

Structure

En microscopie électronique, le VIH-1 et le VIH-2, après avoir été libérés par bourgeonnement à la surface des cellules qui les produisent, présentent les caractéristiques morphologiques des lentivirus avec un core excentré tronculaire et une enveloppe avec des spicules.
Ce core central est formé des deux molécules d’ARN et de trois protéines. Les protéines (et glycoprotéines) du VIH-1 sont désignées souvent par leur poids moléculaire : la protéine de la capside (CA ou p25) ; la protéine de la matrice la plus interne associée à l’ARN (MA ou p18), la nucléocapside (NC ou p7-p9). Par ailleurs, le core viral contient des molécules de RT (p51-p66), d’intégrase (INT ou p32) et de protéase (PROT ou p12).

Autour de la nucléocapside se trouve l’enveloppe virale, formée d’une double couche lipidique d’origine cellulaire, et de deux glycoprotéines (gp) virales. La glycoprotéine transmembranaire, appelée glycoprotéine de fusion, d’un poids moléculaire de 41 000 kDa (gp41) traverse la double couche lipidique. Elle est attachée par des liaisons faibles, non covalentes, à la glycoprotéine d’enveloppe externe, appelée glycoprotéine de surface, d’un poids moléculaire de 120 000 kDa (gp120), qui fait saillie à la surface du virus sous forme de spicules.

Organisation génomique

Le génome ARN simple brin du VIH-1 a une longueur d’environ 9,6 kilobases. Il est rétrotranscrit en ADN double brin lors de l’entrée du virus dans la cellule et est flanqué de chaque côté par des séquences répétées appelées long terminal repeat (LTR) qui jouent un rôle essentiel dans l’intégration du virus et sa transcription. Il contient, comme tous les rétrovirus, trois gènes codant pour les protéines de structure du virus. De l’extrémité 5′ vers l’extrémité 3′, on distingue ainsi les gènes gag, pol et env, codant respectivement pour les protéines internes, les enzymes virales (protéase, RT et intégrase) et les glycoprotéines d’enveloppe. Le génome des VIH est caractérisé par son grand nombre de gènes régulateurs, codant des protéines qui régulent la réplication virale dans les cellules infectées où on les retrouve.

Ces gènes régulateurs sont responsables de la complexité de l’organisation génétique des VIH. Il faut citer les gènes transactivateurs (tat), negative expression factor (nef), regulateur (rev), viral infectivity factor (vif), viral protein r (vpr) et viral protein u (vpu) pour le VIH-1 puis le gène viral protein x (vpx) pour le VIH-2. L’homologie entre le VIH-1 et le VIH-2 au niveau génomique est de l’ordre de 50 %. Le génome de VIH-2 ne contient pas le gène vpu présent chez le VIH-1, mais possède, comme certains virus simiens (simian immunodeficiency virus [SIV]), un gène vpx.

Variabilité génétiqueet différents types de VIH

La variabilité génétique est une caractéristique majeure du VIH. Elle est due à l’association d’une forte réplicationvirale, d’un taux élevé de recombinaisons, et d’un taux élevéd’erreur de la RT qui n’a pas de système de correction. Onretrouve ainsi environ une erreur par cycle réplicatif, ce qui està l’origine de nombreuses quasi-espèces.

Au cours de l’évolution, cette variabilité génétique a entraînéune extrême diversification des VIH. Il existe deux types deVIH, VIH-1 et VIH-2, qui ont un pourcentage global d’homologie de 49 %.Les VIH-1 se répartissent actuellement en trois groupes M, Oet N (non M, non O) :
Le VIH-1 du groupe M (majoritaire) qui est responsable de lapandémie actuelle, est divisé en neuf sous-types ou clades (A, B,C, D, F, G, H, J et K), les sous-types E et I initialement décritsétant des virus recombinants. Le sous-type C représente 50 %des sous-types de VIH-1 groupe M circulant dans le monde.
EnFrance et dans les pays industrialisés, le sous-type B est resté trèslongtemps majoritaire et a ainsi fait l’objet de toutes les études portant sur la mise en place des tests virologiques (sérologie, charge virale) et sur l’efficacité des molécules antirétrovirales (ARV).

Du fait de la co-infection de patients par des VIH-1 de sous types distincts, des virus recombinants sont apparus. Ils sont appelés URF (unique recombinant forms) lorsqu’un seul nouveau variant a été identifié ou CRF (circulating recombinant forms) lorsqu’un nouveau variant a été isolé chez au moins trois individus non liés épidémiologiquement. Parmi les 43 CRF actuellement référencés, le CRF02 (recombinant AG) est le sous type non B le plus représenté en France.
Le VIH-1 du groupe O (outlier) et le VIH-1 du groupe N (non M, non O) ont été identifiés chez des patients originaires du Cameroun, du Gabon, et de Guinée Équatoriale et restent peu répandus.
Il existe une différence de pathogénicité entre les différents groupes et sous-types de VIH-1 : plus faible capacité réplicative («fitness») pour le groupe O par rapport au groupe M, plus faible capacité réplicative pour le sous-type C du groupe M par rapport au sous-type B. Le profil d’évolution des mutations de résistance sous la pression de sélection des ARV présente également des différences selon les variants viraux.

Très récemment, un nouveau VIH-1 très proche du virus du gorille (SIVgor) vient d’être identifié en France chez une patiente d’origine camerounaise. Ce virus semble être le prototype d’un nouveau groupe de virus différent du groupe M, N ou O. Les auteurs proposent la dénomination de « VIH-1 groupe P ».
Quant au VIH-2 qui comporte huit sous-types, il présente une capacité réplicative beaucoup plus faible que celle de VIH-1 et est associé à une plus lente évolution vers la maladie sida.

Cycle de réplication du VIH

Le cycle de réplication du virus peut être divisé en deux étapes. La première, qui se termine par l’intégration du virus dans le génome cellulaire, s’effectue uniquement par les enzymes virales, sans expression des gènes viraux ni intervention de mécanismes cellulaires. La deuxième, qui comprend la synthèse de nouveaux virions, est régulée à la fois par des mécanismes cellulaires et viraux. Chaque étape de la réplication des VIH peut être la cible d’intervention thérapeutique.

Entrée du virus dans la cellule

Le virus s’attache à son récepteur spécifique, la molécule CD4, par l’intermédiaire de sa glycoprotéine d’enveloppe externe, la gp120. La molécule CD4, appartient à la superfamille des immunoglobulines avec quatre boucles extracellulaires. Le site de fixation de la gp120 de VIH-1 ou de la gp105 de VIH-2 implique le domaine CDR2. La liaison CD4-gp120 a une très grande affinité. Le site de fixation à la molécule CD4 se trouve surune région C3 non variable de la gp120.

Cette fixation est suivie d’un clivage protéolytique de laboucle V3 de la gp120 par des protéases cellulaires. Il en résulteun changement conformationnel de la gp120 qui lui permet dereconnaître des protéines à la surface de la cellule appeléescorécepteurs. Ces corécepteurs des VIH sont des récepteurs dechimiokines, substances dont le rôle est d’attirer les cellulesimmunes au niveau des foyers inflammatoires. Les deux premiers corécepteurs identifiés sont CXCR4 dont le ligand naturel est SDF1, et CCR5 dont lesligands naturels sont les chimiokines RANTES, MIP-1aet MIP-1b. Il a été mis en évidence que toutes les souches de VIHn’utilisaient pas les mêmes corécepteurs. Ainsi, les isolats quiémergent tardivement au cours de l’infection virale et serépliquent à la fois dans les cellules T primaires ainsi que dansles lignées cellulaires T (in vitro), utilisent surtout le corécepteurCXCR4 et sont maintenant appelés X4. Les isolats généralementobservés au début de l’infection se répliquent dans les macrophages et les cellules CD4 primaires (mais pas dans les lignéescellulaires) et utilisent le corécepteur CCR5. Ces souches sontdénommées R5. De nombreux autres corécepteurs à l’entrée duvirus dans la cellule ont été décrits, tous récepteurs des chimiokines, dont CCR1, CCR2b, CCR3 et Bonzo par exemple. Le rôleexact de ces derniers n’est pas encore bien connu.

Les récepteurs des chimiokines comportent un domaineextracellulaire, sept domaines transmembranaires qui formentdes boucles et un domaine intracellulaire. La gp120 du VIH sefixe sur le domaine extracellulaire et la première boucle durécepteur de chimiokine. Ces corécepteurs sont particulièrementattractifs comme cibles d’attaque thérapeutique ; et le maraviroc, récemment commercialisé, constitue le premier inhibiteurdu corécepteur CCR5 utilisé chez les patients infectés par leVIH-1.

Une délétion de 32 paires de bases dans le gènecodant CCR5 conduit à une protéine non fonctionnelle. Lesindividus homozygotes pour cette délétion semblent résister àl’infection à VIH quand ils sont exposés au virus, mais quelquespersonnes ont cependant été infectées. Les personnes hétérozygotes pour cette délétion et infectées par le VIH ont uneévolution ralentie de l’infection. Approximativement1%desCaucasiens sont homozygotes pour cette délétion et 10% à20 % sont hétérozygotes. Cette délétion n’existe qu’à unefréquence très basse chez les Africains et les Asiatiques. Il fautsouligner que le polymorphisme génétique pouvant avoir unimpact sur l’évolution de l’infection à VIH augmente continuellement. Il a été ainsi décrit un rôle potentiel de mutations dansle gène codant CCR2 et dans le promoteur de CCR5. L’association entre le polymorphisme génétique de l’homme et lasensibilité au virus est actuellement un sujet de rechercheapprofondie qui pourrait expliquer les différences individuellesà l’infection au virus ou dans la progression de la maladie.

Rétrotranscription et intégration

Une fois entré dans la cellule, l’ARN viral, encore associé à des protéines de capside (en particulier p25), est rétrotranscrit dans le cytoplasme en ADN complémentaire par la RT (ADN polymérase ARN dépendante). Celle-ci est également responsable de la destruction progressive du modèle ARN par sa fonction RNase H. La RT, qui est aussi une ADN polymérase ADN dépendante, copie l’ADN viral monocaténaire en ADN double brin qui passe dans le noyau de la cellule et s’intègre dans l’ADN chromosomique grâce à l’intégrase virale. L’intégration nécessite le transfert de l’ADN viral dans le noyau sous forme d’un complexe dit de pré-intégration (CPI) contenant la protéine de matrice, la protéine vpr et la protéine de nucléocapside p7.

Transcription et synthèse des protéines virales

Après intégration de l’ADN double brin dans l’ADN cellulaire, la transcription du génome viral en ARN messagers (ARNm) s’effectue par l’ARN polymérase II cellulaire à partir du LTR 5′ où se trouve le promoteur. Les premiers ARNm transcrits, doublement épissés (environ 2 kilobases) codent pour les gènes régulateurs et en particulier les gènes tat, rev etnef. Après cette phase précoce apparaissent des ARNm plus longs codant les protéines gag, pol, env, vif, vpr, vpu (ou vpx). La protéine tat active la réplication virale en interagissant avec l’ARNm de la région transactivation réponse (TAR), située dans le LTR 5′, juste en aval du site de démarrage de la transcription. En l’absence d’un gène tat fonctionnel, la transcription pourrait débuter mais s’arrêterait immédiatement. Les ARNm codant pour nef semblent les plus abondants (80 %).

Le gène nef régule négativement la réplication virale en interagissant avec des séquences régulatrices négatives (NRE) situées dans le LTR 5′ en amont du site de fixation de l’ARN polymérase cellulaire II.La protéine rev favorise le transport du noyau vers le cytoplasme des ARNm codant pour les protéines de structures et favorise donc le passage à la deuxième étape de la réplication, celle de la formation des protéines virales de structure.

Les ARNm viraux codant pour les protéines de structure sont de deux types :
• les premiers correspondent aux gènesgag-pol. Ils sont traduits en une polyprotéine qui est secondairement clivée en protéines internes et enzymes par la protéase virale au moment du bourgeonnement du virus en dehors de la cellule ;
• les deuxièmes recouvrent le gène env. Ils sont traduits par les polyribosomes de la cellule hôte en une protéine de 160 kDa, qui est glycolysée puis clivée par une protéase cellulaire en gp120 et gp41.

Table des matières

INTRODUCTION 
MATERIELS ET METHODES 
I. Type d’étude
II. Lieu et durée de l’étude
III. Population
1. Critères d’inclusion
2. critères d’exclusion
IV. paramètres étudiés
V. Analyse des données
VI. Aspects éthiques
VII. Recherche documentaire
RESULTATS 
I. Profil épidémiologique
1. Fréquence
2. Nationalité
3. Répartition selon l’origine
4. Répartition selon le sexe
5. Répartition selon l’âge
6. Répartition selon l’état matrimonial
7. Répartition selon le mode de transmission
II. PROFIL CLINIQUE
1. Circonstances de découverte de l’infection par le VIH
2. Stades cliniques au moment du diagnostic
III. PROFIL BIOLOGIQUE
1. Test de dépistage
2. Test de confirmation
3. Taux initial des lymphocytes T CD4
4. Charge virale initiale
5. Autres bilans biologiques
6. Les cancers
DISCUSSION
I. Historique
II. Rappels physiopathologiques
1. Structure et organisation génomique du VIH
2. Variabilité génétiqueet différents types de VIH
3. Cycle de réplication du VIH
4. Tropisme
5. Histoire naturelle du VIH
III. Données épidémiologiques
1. Fréquence
2. Répartition selon l’origine
3. Répartition selon le sexe
4. Répartition selon l’âge
5. Répartition selon l’état matrimonial
6. Répartition selon le mode de transmission
IV. PROFIL CLINIQUE
1. Circonstances de découverte de l’infection à VIH
2. Stades cliniques
V. PROFIL BIOLOGIQUE
1. Test de dépistage
2. Test de confirmation
3. Taux initial des lymphocytes T CD4 et charge virale initiale
4. Hémogramme
5. Glycémie
6. Bilan hépatique
7. Fonction rénale
8. Infections opportunistes
CONCLUSION 
RÉSUMÉ
ANNEXE
BIBLIOGRAPHIE

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