RÉPLICATION DES VIRUS A ARN

Cours DCEM1 Professeur G. HERBEIN - Année 2003-2004

	RÉPLICATION DES VIRUS A ARN

INTRODUCTION

La réplication des virus à ARN (mis à part les rétrovirus) se fait selon deux grandes stratégies.

Ø  Virus à ARN positif : ARN (+). Les virus correspondants possèdent un ARN génomique directement messager qui, dès sa libération dans la cellule, sert à la synthèse protéique.

Ø  Virus à ARN négatif : ARN (-). Le génome viral n'est ici pas directement messager ; une transcription de l'ARN (-) en ARN (+) est  nécessaire ; ceci se fait grâce à une enzyme constitutive du virus, une ARN polymérase ARN dépendante, qui portera dans ce cas le nom de transcriptase. L'ARN (+) synthétisé servira alors d'ARN messager pour la traduction protéique.

I - LES VIRUS A ARN (+) : VIRUS DE LA POLIOMYELITE.

Il s'agit d'un petit virus à ARN (Picornavirus). L'ARN génomique est protégé par une capside icosaédrique sans enveloppe. Les différentes étapes du cycle viral sont les suivantes :

-          1^ère étape :

Le virus se fixe sur un récepteur cellulaire. Il pénètre dans la cellule à l'intérieur d'une vacuole de pinocytose ; la décapsidation, non spécifique, se fait par des enzymes cellulaires ; l'ARN viral est libéré.

-          2^ème étape :

L'ARN viral (+) sert directement d'ARN messager. La lecture étant polycistronique un grand polypeptide N00 est synthétisé qui sera ensuite clivé en N1, NX et N2  ; N1 est clivé en VP0, VP1 et VP3 (VP signifiant « Viral Protein ») qui participeront à l'élaboration de la capside ; parmi les autres protéines, on distingue une protéase et une ARN polymérase ARN dépendante.

- 3^ème étape :

Le génome viral étant un ARN (+), les virions devront incorporer également un ARN (+) ; pour assurer la duplication de l'ARN (+), l'intermédiaire négatif est nécessaire  ; ce brin, négatif apparaît sur la matrice positive grâce à l'ARN polymérase ARN dépendante néosynthétisée qui porte ici le nom de réplicase.

Cette étape est dépendante d'une enzyme cellulaire, la terminale uridine transférase, qui synthétise une séquence poly U face au poly A de l'extrémité 3’ de l'ARN (+) viral, aboutissant ainsi à une structure en épingle à cheveux permettant à la réplicase d'initier son travail. Il apparaît donc à un moment donné des ARN bicaténaires qui sont d'excellents inducteurs de l'interféron.

-          4^ème étape :

A partir de l'ARN (-), il y a synthèse d'ARN (+), une molécule d'ARN (-) générant plusieurs ARN (+) ; les ARN (+) synthétisés seront les ARN génomiques viraux ; ils peuvent également participer à l'amplification de la synthèse protéique.

-          5^ème étape :

Les particules virales vont être assemblées ; les polymères de VP0, VP1 et VP3 s'associent pour former une procapside dans laquelle pénètre un ARN génomique (+); le clivage de VP0 en VP2 et VP4 assure la fermeture de la procapside en capside dont les protéines capsidales sont donc formées des peptides VP1, VP2, VP3 et VP4.

Les nucléocapsides virales s'accumulent dans le cytoplasme de la cellule, réalisant parfois des amas pseudocristallins. La cellule finit par éclater et les virions passent dans les espaces intercellulaires. Cette multiplication entraîne une anomalie cellulaire décelable en microscopie photonique et utilisable au laboratoire pour le diagnostic virologique : l'effet cytopathogène ou ECP. Dans le cas du virus de la poliomyélite, l'isolement chez le malade se fait à partir de selles ; celles-ci sont mises en culture au laboratoire sur un système cellulaire adapté; la multiplication virale entraîne en 24 heures un arrondissement des cellules qui se détachent du tapis sous jacent (ECP à l'état frais) ; si l'on fixe ces cellules et si on les colore par l'hémalun-éosine, on peut apprécier l'ECP après coloration : on distingue une volumineuse inclusion éosinophile intracytoplasmique correspondant à l'accumulation des nucléocapsides qui repoussent le noyau en périphérie.

II – VIRUS A ARN (-)

A- VIRUS SENDAI

Découvert au Japon, ce virus appartient à la famille des Paramyxoviridae, genre Paramyxovirus ; d'origine murine, il est apparenté au Parainfluenzae humains.

Ce virus possède un ARN monocaténaire (-) associé à une transcriptase dans une capside hélicoïdale ; la nucléocapside est enveloppée et cette enveloppe porte des spicules d'information virale à activité hémagglutinante et neuraminidasique (HA et NA).

Le cycle de réplication du virus Sendai est composé de plusieurs étapes :

            -1^ère étape

            Le virus se fixe grâce à son hémagglutinine sur un récepteur cellulaire, il y a fusion entre l'enveloppe virale et la membrane cytoplasmique ; la nucléocapside entre dans le cytoplasme de la cellule et la capside est dégradée ; il y a libération de l'acide nucléique viral associé à sa transcriptase.

- 2^ème étape

La transcriptase synthétise un brin d'ARN (+) sur la matrice génomique ARN (-); il y a donc apparition d'un ARN bicaténaire.

-          3^ème étape

L'ARN (+) est traduit en protéine virale par les polyribosomes cellulaires; les protéines structurales et enzymatiques du virus apparaissent et sont mises en réserve. L'ARN (+) sert de matrice pour la synthèse de nombreuses ARN (-) car, à l'inverse du poliovirus, c'est de brins (-) dont le virus Sendai aura besoin comme ARN génomique.

-          4^ème étape

L'ARN (-) s'associe à la transcriptase puis les protéines capsidales réalisent l'encapsidation. La nucléocapside hélicoïdale ainsi constituée migre vers la membrane cytoplasmique déjà recouverte de spicules viraux.

-          5^ème étape

La nucléocapside traverse la membrane cytoplasmique de la cellule et acquiert, au passage, son enveloppe hérissée des spicules viraux : c'est le phénomène de bourgeonnement. Les virus synthétisés quittent alors la cellule infectée pour gagner d'autres cellules cibles.

Au total la multiplication est plus lente que celle du poliovirus ; l'ECP est parfois apparent et correspond alors à la fusion de plusieurs cellules aboutissant à ce que l'on nomme syncytia; la coloration à l'hémalun-éosine  permet d'observer des inclusions éosinophiles intracytoplasmiques.

Souvent l'ECP n'est pas appréciable et il faut utiliser un artifice pour détecter la présence virale : on met en présence le surnageant de la culture avec des hématies, l'hémaglutinine virale entraînant alors une hémagglutination visible ; les hématies peuvent, d'eux-mêmes, se fixer sur les cellules infectées : c'est l'hémadsorbtion (HAD).

B-VIRUS DE LA GRIPPE  

L'ARN génomique du virus de la grippe est un ARN monocaténaire (-) en huit fragments. La réplication peut être schématisée comme indiqué ci-dessous.

Les principales étapes du cycle de réplication du virus de la grippe sont les suivantes :

-          1^ère étape

Le virus se fixe grâce à son hémagglutinine sur un récepteur cellulaire (acide sialique), comme cela a été décrit précédemment pour le virus Sendai, il y a fusion entre l'enveloppe virale et la membrane cytoplasmique de la cellule. La nucléocapside est libérée dans le cytoplasme, la décapsidation est réalisée de façon non spécifique par des enzymes cellulaires et l'ensemble ARN viral transcriptase migre dans le noyau.

-          2^ème étape

Avant d'aborder cette étape de transcription, il est nécessaire de rappeler que les ARN messagers cellulaires possèdent une coiffe (CAP, 7-méthylguanosine)  à l'extrémité 5’ et un poly rA en position 3’. Le CAP sert au positionnement des ribosomes sur l'ARN messager, le poly rA stabilisant l'ARN messager pour qu'il soit dégradé moins rapidement dans la cellule. L'ARN génomique viral étant (-), il doit être transcrit en ARN (+) par la transcriptase virale ;  cependant, la transcriptase virale ne peut débuter la transcription sur la matrice (-) qu'à partir d'une amorce ; cette amorce correspond à l'extrémité 5’ d'un ARN messager cellulaire ; en effet, un ARN messager cellulaire vient s'accrocher par son extrémité 5’ à l'ARN viral (-) ; la partie 3’ de cet ARN messager est dégradé ; l'extrémité 5’ sert alors d'amorce à la transcriptase qui synthétise un ARN (+).

En bloquant l'ARN polymérase ADN dépendante cellulaire par l’actinomycine D dans les premières heures de la réplication du virus grippal, on inhibe l'apparition d'ARN messager cellulaire de novo, donc le processus d'amorçage et par conséquent la transcription virale.

-          3^ème étape 

L'ARN (+) ainsi pourvu de l'extrémité 5’ d'un ARN messager (et en particulier du CAP) passe dans le cytoplasme et joue le rôle d'ARN messager pour les protéines virales.

-          4^ème étape

L'ARN (+) peut également servir de matrice pour la synthèse d'ARN (-) génomique.

-          5^ème étape

L'ARN (-) associé à la transcriptase est encapsidé ; la nucléocapside migre vers la périphérie cellulaire où la membrane cytoplasmique est hérissée de spicules.

-          6^ème étape

Le bourgeonnement se fait sous le contrôle de la protéine M ; le virion se dégage ensuite définitivement de la cellule infectée sous l'action de la neuraminidase.

Au total, deux éléments caractérisent la réplication du virus grippal : la participation du noyau cellulaire et la nécessité d'une fonction cellulaire (transcription pour fournir une amorce à la transcriptase virale).

III – LES RETROVIRUS

Ces virus possèdent un ARN génomique monocaténaire associé à une enzyme appelée transcriptase inverse (transcriptase réverse ou RT). Cette enzyme transcrit un brin d'ADN complémentaire sur l'ARN viral ; l'ARN viral est alors dégradé par une activité enzymatique associée (RNase H) puis un deuxième brin d'ADN est synthétisé ; on aboutit ainsi à un ADN bicaténaire qui est circularisé puis intégré dans le génome de la cellule infectée sous l'action de l'intégrase. L'ADN viral ainsi intégré est appelé provirus. Ce provirus peut être transcris en ARN viral génomique et en ARN subgénomique messager générant ensuite des protéines virales et aboutissant ainsi à l'élaboration de virions.

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