Multiplication

Nous avons vu que le thème récurant chez les virus était "diversité". Nous allons voir que leur mode de multiplication n'échappe pas à ce thème. Néanmoins tous les virus obéissent à une stratégie de multiplication fondamentale que l'on peut découper en cinq étapes:

1. l'adsorption
2. la pénétration
3. la décapsidation
4. la réplication (duplication du génome, transcription, traduction)
5. l'assemblage et la libération

Ces étapes sont illustrées par le cycle du virus de la grippe, Influenza

4.1 L'adsorption

[top]
L'adsorption du virus consiste en la liaison d'une protéine virale à un récepteur de la surface cellulaire. Les deux exemples les plus étudiés d'interaction virus-récepteur sont:

Certains virus (vaccinia, herpès simplex) peuvent avoir plusieurs molécules différentes pour s'attacher aux récepteur, ou une même molécule d'attachement peut avoir plusieurs domaines pouvant chacun s'attacher à des récepteurs différents.
Les récepteurs peuvent être des protéines ou le sucre attaché à une glycoprotéine ou glycolipide. Le nombre de récepteurs par cellule peut varier énormément selon le récepteur. L'expression (ou l'absence) de récepteurs à la surface des cellules détermine en grande partie le tropisme de la plupart des virus, c'est-à-dire le type de cellule dans laquelle ils sont capables de se répliquer.
L'attachement est un processus souvent réversible. Certains virus (ortho- et paramyxovirus) portent à leur surface une neuraminidase qui leur permet de se détacher de leur récepteur en clivant l'acide neuraminique terminal porté par la chaîne polysaccaridique du récepteur.

4.2 La pénétration

[top]
A la différence de l'adsorption, la pénétration est un processus qui requiert de l'énergie. Elle peut se faire par trois mécanismes ou une combinaison de ceux-ci (influenza, voir ci-dessous):

1. translocation de virus entier au travers de la membrane plasmique
2. endocytose du virus et accumulation des particules virales dans les vésicules cytoplasmiques
3. fusion de l'enveloppe virale avec la membrane cellulaire

Les virus non-enveloppés utilisent les deux premiers mécanismes pour pénétrer dans la cellule.

Les virus à enveloppe utilisent leur protéines de fusion, qui interagissent avec des protéines de la membranes cellulaire, pour réaliser cette étape. Si l'activité de cette protéine de fusion se fait à pH neutre, comme chez HIV et les paramyxovirus, il a y fusion avec la membrane cytoplasmique et la nucléocapside entre directement dans le cytoplasme.

D'autres virus, comme le virus de la grippe, ont une protéine de fusion active seulement à un pH acide. Une fois attaché au récepteur, le complexe virus-récepteur est internalisé par endocytose dans des vésicules recouvertes de clathrine. En migrant vers l'intérieur de la cellule, ces vésicules perdent la clathrine et enclenchent une pompe à protons qui baisse le pH interne. A pH acide, la protéine de fusion (agglutinine) change de conformation, devient active et fusionne l'enveloppe virale à la membrane de l'endosome.

Dans les deux cas, l'enveloppe virale reste dans les membranes et la nucléocapside est de ce fait libérée dans le cytoplasme.

4.3 La décapsidation

[top]
La décapsidation est un terme général qui s'applique aux événements qui se passent immédiatement après la pénétration et conduisent à la mise à nu du génome viral, en général sous la forme d'un complexe nucléoprotéique (core).

Pour les virus qui se répliquent dans le cytoplasme (p. ex. Picornavirus), le génome est directement accessible une fois la décapsidation accomplie. Pour les virus qui se répliquent dans le noyau (p. ex. Herpesvirus), la capside est transportée du site d'entrée vers les pores nucléaires par des protéines du cytosquelette. Une fois le pore nucléaire atteint, l'ADN viral (nu ou complexé avec des protéines) est relâché dans le noyau et la capside se désintègre.

Dans certains cas, par exemple chez les Réovirus, le génome viral exprime toutes ses fonctions à l'intérieur d'une capside rendue perméable.

4.4 La réplication du génome viral

[top]
L'élément clé dans la réplication virale est la synthèse des protéines virales par la machinerie cellulaire. Pour ce faire, le virus doit présenter aux ribosomes cellulaires un ARN messager (mRNA). De ce point de vue la cellule impose trois contraintes aux virus.
Premièrement la cellule synthétise ses propres mRNAs dans le noyau par la transcription de ses gènes par des ARN polymérases en des pre-mRNAs qui sont ensuite processés en mRNAs matures. Dès lors la cellule ne possède pas a) les enzymes nécessaire pour synthétiser un mRNA à partir d'un génome viral à ARN et b) les enzymes capables de transcrire l'ADN viral dans le cytoplasme. En conséquence seuls les virus à ADN qui vont dans le noyau peuvent tirer parti des ARN polymérases de l'hôte pour faire synthétiser leur propre mRNAs.
Deuxièmement la machinerie de synthèse protéique de l'hôte est seulement capable de traduire des mRNAs monocistroniques, autrement dit elle est incapable de reconnaître des signaux internes d'initiation et doit commencer la traduction depuis l'extrémité 5' du mRNA. En conséquence, le virus doit soit synthétiser des mRNAs séparés pour chaque gènes, soit un grand mRNA codant pour un polyprotéine qui doit être ensuite clivée en protéines individuelles.
Troisièmement, dans la cellule, l'expression du génome viral entre en compétition avec une myriade de gènes cellulaires. C'est pourquoi les virus ont dû développer des stratégies qui soit confèrent à leur mRNAs un avantage compétitif soit abolissent la synthèse ou traduction des mRNAs cellulaires.

En fonction de la nature de leur génome, les virus peuvent être classés en 7 groupes:

1. virus à ADN double brins: adénovirus, herpesvirus, poxvirus
2. virus à ADN simple brin de sens +: parvovirus
3. virus à ARN double brin: reovirus, birnavirus, orbivirus
4. virus à ARN simple brin de sens +: picornavirus, togavirus
5. virus à ARN simple brin de sens -: orthomyxovirus, rhabdovirus, paramyxovirus
6. virus à ARN simple brin de sens + avec ADN intermédiaire: rétrovirus
7. virus à ADN double brin avec ARN intermédiaire: hepadnavirus

4.4.1 Virus à ADN double brin

[top]
Cette classe peut-être divisée en deux groupes:

a) virus dont la réplication est exclusivement nucléaire
(p. ex. Adenovirus, Papovavirus, herpesvirus).

La transcription du génome viral se fait par cycles de transcriptions successifs. Le premier cycle est appelé "transcription précoce" et les produits de la traduction de ces mRNAs sont des protéine nécessaires à la réplication du génome viral (p. ex réplicases) ou les protéines de contrôle qui bloquent la synthèse de l'acide nucléique de la cellule. Le niveau de cette transcription et de la traduction qui en découle est très bas par rapport à celui de la "transcription tardive" où les protéines structurales du virus sont produites.

b) virus dont la réplication est cytoplasmique
(p. ex. Poxvirus)

Comme on peut le déduire de par leur localisation, ces virus apportent avec eux toute la panoplie d'enzyme nécessaires pour la transcription/réplication et sont donc largement indépendant de la machinerie enzymatique de l'hôte

4.4.2 Virus à ADN simple brin de sens (+)

[top]
(p. ex. Parvovirus)

 

La réplication a lieu dans le noyau. Elle implique la synthèse d'un brin complémentaire de sens (-) qui sert de matrice pour la synthèse du génome.

4.4.3 Virus à ARN double brins

[top]
(p. ex. Réovirus)

 

Ces virus ont un génome segmenté qui est transcrit à l'intérieur de la capside par une RNA polymérase empaquetée dans le virion. Les mRNA produits sont sécrétés dans le cytoplasme et servent deux fonctions: 1) de mRNA monocistronique pour la production de protéines virales et 2) de matrice pour la synthèse du brin complémentaire afin de reformer le génome viral double brin.

4.4.4 Virus à ARN simple brin de sens (+)

Par convention, les virus dont le génome sert de mRNA sont appelés virus à brins positif (+). Cette famille peut être divisée en deux groupes:

[top]
a) virus codant pour un seul mRNA de la taille du génome entier
(p. ex. Picornavirus, Hépatite A, Polio virus)

Après avoir pénétré dans la cellule le génome de ces virus se lie aux ribosomes pour produire une polyprotéine. Cette protéine géante est ensuite clivée en protéines individuelles. Le RNA génomique (+) sert de matrice à la synthèse d'un brin complémentaire (-) par une polymérase virale (elle-même produit du clivage de la polyprotéine précurseur).
Ce brin (-) servira à produire d'autres brins (+) qui eux-mêmes servent à produire plus de polyprotéines, plus de brins (-) et finalement les constituants de la progéniture.

b) virus codant un ou plusieurs mRNAs de taille inférieure au génome
(p. ex. Togavirus)

Deux ou plusieurs cycles de traduction sont nécessaires pour produire le RNA génomique

4.4.5 Virus à ARN simple brin de sens (-)

[top]
On peut distinguer deux groupes:

a) les virus à génome non segmenté
(p. ex. Paramyxovirus, Rhabdovirus, Filovirus)

Du fait de sa polarité, l'ARN génomique de ces virus ne peut pas être directement traduit et n'est donc pas infectieux. Parce que la cellule ne possède pas l'enzyme qui permet de synthétiser le brin (+) complémentaire à l'ARN génomique, le virus doit l'apporter avec lui lors de l'infection. La première étape d'une telle infection est la transcription du virus en une série de mRNAs monocistroniques de longueur inférieure à celle de l'ARN génomique (= transcription primaire). La traduction de ces mRNAs produit les protéines nécessaires à la réplication du génome. Celle-ci se fait par la synthèse d'un ARN de brin (+) qui est le complément exact du génome viral. Par l'intermédiaire de cet antigénome, la réplication du génome peut avoir lieu. Ces génomes amplifiés servent à leur tour de matrice pour de nouveaux mRNAs, de matrice pour de nouveaux intermédiaires de réplication (brin (+)), ou de génomes constituant la progéniture. Les génomes et antigénomes fonctionnels sont toujours constitués d'un complexe ARN/protéine (nucléocapside).

Chez les Paramyxovirus on observe parfois que les mRNA produits contiennent des nucléotides non encodés par le génome. Ceux-ci sont insérés dans les mRNAs par un mécanisme de "glissage" (le même nucléotide de la matrice est lu plusieurs fois) de la RNA polymérase virale. Ceci conduit à la production de protéines ayant la même extrémité amino-terminale mais qui diffèrent par leur extrémité carboxy-terminale. C'est un mécanisme permettant de produire deux protéines différentes à partir d'un même gène.

 

b) les virus à génome segmenté
(p. ex. Orthomyxovirus, Bunyavirus).

La réplication se fait comme chez les virus à génome non segmenté sauf que les mRNAs sont produits à partir de chaque segment de RNA génomique.
Cette disposition en plusieurs segments favorise les recombinaisons génétiques entre les virus de cette famille augmentant ainsi la variabilité génétique de ces virus.

4.4.6 Virus à ARN simple brin de sens (+) avec production d'un ADN intermédiaire

[top]
(p. ex. Rétrovirus)

 

La caractéristique des rétrovirus est le fait que la particule virale contient deux copies identiques du RNA génomique, lui-même non segmenté. Bien que de sens positif, l'ARN génomique sert uniquement de matrice à la formation du DNA double brin intermédiaire. La cellule ne possède pas d'enzyme capable de faire du DNA à partir de RNA. C'est pourquoi, le rétrovirus doit apporter cet enzyme avec lui. On l'appelle la transcriptase reverse. Une fois synthétisé dans le cytoplasme, le DNA double-brin est transporté dans le noyau et s'intègre dans le génome de la cellule. Le génome intégré est ensuite transcrit par l'ARN polymérase cellulaire en mRNAs et en ARN génomique complet introduit dans la progéniture.

4.4.7 Virus à ADN double brin avec production d'un ARN intermédiaire.

[top]
(p. ex. Hepadnavirus)

 

Le génome du virus de l'hépatite B se réplique dans le noyau. L'ADN linéaire est converti en ADN circulaire par une ADN polymérase apportée par le virus. Ce génome est ensuite transcrit en deux classes d'ARN: les mRNAs servant à la production de protéines virales et un mRNA de la longueur du génome entier qui sert de matrice pour la synthèse de l'ADN génomique par l'ADN polymérase virale qui sert ici de transcriptase réverse

4.5 L'assemblage et la libération

[top]
Les virus ont développé trois types de stratégies pour leur encapsidation et libération de la cellule.

1. D'une manière générale, les virus qui n'ont pas d'enveloppe ont un assemblage indépendant de la libération. Cette dernière se passe normalement quand la cellule est détruite par l'effet de l'infection. On parle alors de virus lytique.

2. La seconde stratégie est celle développée par les virus à enveloppe. Pour ces virus, l'assemblage et la libération sont liés dans le processus de bourgeonnement. Il faut noter que le processus de bourgeonnement ne se fait pas forcément au détriment de la cellule-hôte. Dans ce cas, les cellules peuvent être infectées d'une façon persistante, c'est-à-dire quelles peuvent continuer à se multiplier tout en libérant des virus.

3. La troisième stratégie est celle développée par les virus comme celui de l'herpès. L'assemblage de ce dernier se fait dans le noyau où il acquiert une membrane dérivée de la lamelle interne du noyau. De là, le virus passe dans le réticulum endoplasmique d'où une vésicule contenant le virus se forme pour le transporter à la surface de la cellule. Le virus est libéré par la lyse de la cellule.

Conclusion.

Une connaissance de la biologie des virus et plus spécifiquement de l'éventail des hôtes, des cellules cibles, ainsi que des stratégies de multiplication sont les clés du développement de méthodes effectives dans la prévention et le traitement des maladies virales.