Organisation génétique du VIH

Évaluation de l’efficacité virologique après au moins douze (12) mois de suivi de première ligne chez des patients VIH-1 positifs

Virus de l’immunodéficience humaine (VIH)

Histoire de la découverte du VIH/SIDA

 Le 5 juin 1981, les premiers cas de syndrome de l’immunodéficience acquise (SIDA) ont été décrits dans le bulletin hebdomadaire « Morbidity and Mortality Weekly Report » (MMWR) de l’agence de santé et de sécurité publique américaine (Centres pour le Contrôle et la prévention des maladies (CDC, 1981a). A la fin de l’année 1982, cette maladie de cause inconnue est nommée SIDA par le CDC. Après avoir rapidement mis hors de cause l’usage de nitrites d’alkyles (« poppers »), l’hypothèse d’un agent infectieux transmissible par voie sexuelle et sanguine est admise.

Plusieurs cas de transmission hétérosexuelle seront ensuite observés chez des femmes, suivis par des cas de transmission de la mère à l’enfant (Harris et al., 1983; Ragni et al., 1985; Ziegler et al., 1985). F. Barré-Sinoussi et L. Montagnier ont recu conjointement en 2008 le prix Nobel de Médecine pour avoir détecter une activité de transcriptaseinverse dans des biopsies de patients infectés (Barré-Sinoussi et al., 1983; Pincock, 2008). Le nouveau rétrovirus isolé et mis en évidence par microscopie électronique avait été appelé virus associé à une lymphadénopathie (LAV), puis séquencé rapidement (Wain-Hobson et al., 1985). Enfin, en 1986, l’équipe de l’Institut Pasteur de Paris isolait un deuxième type de virus chez deux patients originaires d’Afrique de l’Ouest. La même année, le Comité International de la Taxonomie des Virus (CITV) attribue le nom de virus de l’immunodéficience humaine (VIH) à l’agent étiologique du SIDA : respectivement VIH-1 et VIH-2 (Coffin et al., 1986). Après une trentaine d’années de travaux de recherche, l’origine située en Afrique Centrale et la diffusion du virus VIH-1 M, responsable de l’épidémie mondiale, sont désormais clairement établies (D’arc et al., 2015; Faria et al., 2014; Keele et al., 2006). 

 Généralités sur le VIH

 Taxonomie et structure 

 Le VIH est un virus du genre Lentivirus, qui appartient à la famille des Retroviridae (rétrovirus). Le génome des rétrovirus est composé de deux brins d’acide ribonucléique (ARN) monocaténaires (polarité positive) et ces virus ont la caractéristique de se répliquer grâce à la reverse transcriptase (RT). La RT est une enzyme polymérase qui traduit l’ARN en ADN complémentaire (ADNc), pour former un ADN double-brin (provirus) capable de s’insérer dans le génome de la cellule hôte. Les rétrovirus sont subdivisés en deux sousfamilles et 7 genres suivants : 1) sous-famille des Orthoretrovirinae (genres Alpharetrovirus, Betaretrovirus, Gammaretrovirus, Deltaretrovirus, Epsilonretrovirus et Lentivirus) ; 2) sous-famille des Spumaretrovirinae (genre Spumaretrovirus) (Figure 1) (Coffin et al., 1997; Tözsér, 2010). Les rétrovirus sont des virus sphériques d’environ 80 à 180 nanomètres (nm) de diamètre. Ils possèdent une enveloppe externe composée d’une bicouche lipidique cellulaire contenant des glycoprotéines d’enveloppes virales. Cette enveloppe, tapissée à l’intérieur par une matrice (MA), entoure la capside virale (CA) qui contient le génome, la nucléocapside (NC) et les enzymes nécessaires à la réplication virale (Figure2).

Les rétrovirus simples (Alpharetrovirus, Betaretrovirus, Gammaretrovirus, et Epsilonretrovirus) possèdent les trois gènes de structure gag, pol et env, qui codent respectivement pour les protéines de structure, enzymatique et d’enveloppe (Weiss, 2006). Les Lentivirus, avec les Deltaretrovirus et les Spumaretrovirus, sont des rétrovirus complexes car en plus des gènes de structure, ils possèdent aussi des gènes accessoires et régulateurs. Figure 1 : Phylogénie représentant les sept genres de la famille des Retroviridae (modifiée d’après Tözsér, 2010). L’arbre a été construit en utilisant les séquences protéiques du gène protéase des souches de références représentant chacun des genres : Alpharetrovirus (MAV : virus de la myélobastose aviaire), Betaretrovirus (MPMV : virus de Mason-Pfizer de singe ; JSRV : rétrovirus Jaagsiekte de mouton ; MMTV : virus de la tumeur mammaire de la souris), Deltaretrovirus (HTLV : virus T-lymphotrophique humain ; BLV : virus de la leucémie bovine), Epsilonretrovirus (WEHV : virus de l’hyperplasie épidermique du saumon ; WDSV : virus du sarcome dermique du saumon), Gammaretrovirus (MMLV : virus de laleucémie murine de Moloney ; FeLV : virus de la leucose féline ; GALV : virus de la leucémie du gibbon), Lentivirus (HIV : virus de l’immunodéficience humaine ; SIV : virus de l’immunodéficiencesimienne ; EIAV : virus del’anémie infectieuse des équidés ; FIV : virus de l’immunodéficience féline; VISNA : virus Maëdi-visna ou lentivirus des ovins), Spumaretrovirus (SFV : spumavirus simien ; HFV : spumavirus humain ; EFV : spumavirus équin ; BFV : spumavirus bovin ; FFV : spumavirus félin). Les genres avec des virus complexes sont surlignés en gras. Figure 2 :Structure du VIH dessiné à la main à partir des données de biologie structurale, de biophysique et de microscopie(modifiée d’après Goodsell et al., 2015). Le génome ARN du VIH est représenté en jaune pâle.

Les protéines structurales sont colorées en bleu, ainsi que les glycoprotéines d’enveloppes. Les protéines enzymatiques sont colorées en violet, avec la transcriptase inverse (RT), qui synthétise l’ADNc (rouge) à partir de l’ARN viral. Les protéines accessoires sont colorées en vert. Enfin, les protéines colorées en orange représentent les protéines encapsidées avec l’ARN viral : les protéines régulatrices Tat et Rev (en orange foncé), ainsi que la protéine de la nucléocapside (en orange pâle). 

Organisation génétique du VIH 

 Le génome du VIH mesure environ 10 000 paires de base (pb) et il est composé de 9 cadres ouverts de lectures (Figure 3). Dans le sens 5’ vers 3’, il possède les trois gènes de structures communs à tous les rétrovirus: gag (pour antigène spécifique de groupe), pol (pour polymérase) et env (enveloppe). Il possède également deux gènes régulateurs (tat et rev), et quatre gènes accessoires (nef, vif, vpr et vpu pour le VIH-1 ou vpx pour le VIH-2). Les extrémités du génome du VIH sont flanquées par deux longues séquences terminales répétées (LTR, Long terminal Repeat en anglais) (Krebs et al., 2013), d’environ 650 pb. Elles sont identiquement composées des régions uniques en 5’ (U5) et 3’ (U3), qui encadrent la région (LTR, Long terminal Repeat en anglais) (Krebs et al., 2013). Elles permettent l’intégration de l’ADN viral dans le génome de la cellule hôte. Le LTR en 5’ sert de promoteur pour la transcription virale tandis que le LTR en 3’ sert de signal de fin transcriptionnel. LTR en 3’ active aussi la transcription de nef. Figure 3 :Structure génomique de la souche de référence du VIH-1 (HXB2, numéro d’accession GenBank K03455). 

 Gènes de structure du VIH : gag, pol et env. 

Le gène gag (environ 1 500 pb) code pour un précurseur polyprotéique Gag de 55 kDa (Pr55 Gag) (Freed, 2015). Les protéines de structures du VIH sont générées grâce au clivage de Pr55 Gag par la protéase virale, dans l’ordre des extrémités N-terminale vers C-terminale suivant : protéine de matrice (p17, MA), protéine de capside (p24, CA), peptide d’espace SP1, protéine de nucléocapside (p7, NC), peptide d’espace SP2, et protéine p6 résultante du clivage (Figure 4). Ces protéines interviennent dans l’assemblage, le bourgeonnement et la maturation du virus. Brièvement, MA permet l’adressage et la liaison de Pr55 Gag à la membrane plasmatique cellulaire où a lieu l’assemblage (Jouvenet et al., 2006), ainsi que l’incorporation des glycoprotéines d’enveloppe. CA guide la multimérisation de Pr55Gagau cours de l’assemblage, et elle participe aussi à la formation de la capside. SP1 et NC interviennent aussi dans l’assemblage de Pr55 Gag.

De plus, NC participe au recrutement et à l’encapsidation de l’ARN viral. Enfin, p6 recrute le complexe protéique ESRT (Endosomal sorting complex required for transport, en anglais) qui catalyse la fission de la membrane cellulaire et permet la libération du virion immature (Carlton and Martin-Serrano, 2007). Figure 4 : Assemblage et maturation du VIH. En association avec le gène pol (environ 3 000 pb), le gène gag peut aussi coder pour le précurseur polyprotéique Gag-Pol de 160 kDa (Pr160 Gag-Pol) (Freed, 2015). Le clivage de Pr160 Gag-Pol par la protéase (N-terminale vers C-terminale), génère Pr55 Gag ainsi que les trois protéines enzymatiques du VIH : protéase (p11, PR), rétro-transcriptase (p66/p51, RT), intégrase (p32, IN). Brièvement, PR permet le clivage de Pr55 Gag et Pr160 Gag-Pol au cours de la maturation du virus. L’inactivité de la protéase conduit à la production de particules virales immatures non infectieuses.RT converti l’ARN viral monocaténaire en ADN bicaténaire après son entrée dans la cellule. IN permet l’insertion de l’ADN néosynthétisé dans le génome de la cellule hôte. Le gène env (environ 2 500 pb) code pour le précurseur glycoprotéique 160 (gp160).

La gp160 est ensuite clivée par une protéase cellulaire en une glycoprotéine de surface 120 (gp120, SU) et en une glycoprotéine transmembranaire 41 (gp41, TM). La gp120, composée de 5 régions conservées (C1-C5) et 5 domaines hypervariables (V1-V5), qui forment des boucles à leur base et contiennent les sites de liaison pour le récepteur CD4 et corécepteurs des chémokines (CCR5 ou CXCR4) (Wilen et al., 2012). Les glycoprotéines gp120 et gp41 sont donc impliquées dans l’attachement, la fusion et la cytolyse au cours de l’entrée du virus dans la cellule. 

Gènes régulateurs et accessoires du VIH 

Les gènes régulateurs tat et rev codent respectivement pour la protéine trans-activatrice (Tat) et la protéine régulatrice de l’expression du VIH (Rev) (Adamson and Freed, 2010; Goodsell, 2012). A l’intérieur de lacapside, Tat active l’élongation en se liant à la région TAR (Transactivation response region, en anglais) de l’ARNm (Karn and Graeble, 1992). Rev joue un rôle majeur dans le transport de l’ARNm viral du noyau vers le cytoplasme et il régule négativement l’expression de Tat, Rev et Nef. Les gènes accessoires ne sont pas essentiels à la réplication virale, contrairement aux gènes régulateurs. Les gènes vif, vpr, vpu (ou vpx pour le VIH-2) et nef codent respectivement pour le facteur d’infectivité virale (Vif), les protéines virales R (Vpr) ou X (Vpx, pour le VIH-2) et U (Vpu), ainsi que le facteur négatif (Nef). Brièvement, dans le cytoplasme, Vif augmente significativement l’infectivité du virus, tandis que Vpr facilite notamment l’import du complexe de pré-intégration (CPI) viral du cytoplasme de la cellule hôte vers le noyau. Dans l’enveloppe, Nef augmente notamment la réplication et la pathogénicité du virus, tandis que Vpu (ou Vpx pour le VIH-2) active le relargage des virions immatures et induit la dégradation des CD4.

Cycle de réplication virale 

 Les principales cellules cibles du VIH sont celles qui présentent à leur surface la glycoprotéine CD4: les lymphocytes T CD4+(CD4) majoritairement, mais aussi les monocytes/macrophages, les cellules dendritiques et les cellules de Langerhans, ainsi que les cellules de la microglie cérébrale (Dalglish et al., 1984). La réplication a donc lieu dans les organes lymphoïdes, principalement les ganglions lymphatiques, mais aussi dans l’intestin au niveau du GALT (tissu lymphoïde associé au tube digestif, gut associated lymphoid tissue en anglais), dans la rate et le thymus, ainsi qu’au niveau du cerveau. Elle a également lieu dans les liquides biologiques (sang, sécrétions génitales, lait, liquide broncho-alvéolaire…). Le cycle de réplication du VIH débute par la phase précoce, qui comprend : l’entrée du virus dans la cellule cible, puis la transcription de l’ARN viral génomique en ADN, en vue d’être intégré dans le génome de la cellule cible (Figure 5). Ensuite, la phase tardive est dépendante de l’état d’activation de la cellule infectée.

Tandis que les cellules en état de latence représentent les réservoirs cellulaires de l’infection, les cellules activées réaliseront : la transcription de l’ADN proviral, la traduction des protéines virales, l’assemblage,le bourgeonnement et enfin, la maturation du virus. De cette façon, environ 10⁹ à 10¹º virus sont produits chaque jour chez une personne infectée non traitée (Geretti, 2006). Les molécules antirétrovirales actuellement disponibles bloquent une des différentes étapes du cycle de réplication du virus : entrée, transcription inverse, intégration ou la maturation. 

Phase précoce : Pour entrer dans la cellule hôte, la gp120 (au niveau de sa boucle V1) du VIH doit d’abord reconnaître spécifiquement le récepteur CD4 des lymphocytes T CD4+ (Figure 5) (Wilen et al., 2012). Grâce à cette liaison de haute affinité, la gp120 va subir un changement conformationnel qui va lui permettre de se lier (au niveau de sa boucle V3) à l’un des deux co-récepteurs aux chimiokines, CCR5 (C-C chemokine receptor type 5, en anglais) ou CXCR4 (C-X-C chemokine receptor type 4, en anglais) (Feng et al., 1996). Cette nouvelle liaison engendre également un changement conformationnel de la gp41 du VIH, qui lui permet d’entrer en contact avec la membrane cellulaire et de réaliser la fusion de l’enveloppe virale avec celle des lymphocytes T CD4. Dans le cytoplasme, la transcription inverse a lieu simultanément avec la décapsidation du virus.

Elle est réalisée grâce aux trois activités enzymatiques distinctes que possède la RT : 1) polymérisation d’ADNc à partir de l’ARN viral pour former un hybride ARN/ADNc, 2) dégradation de l’ARN viral par la ribonucléase H (RNase H), et 3) polymérisation d’ADN à partir de l’ADN viral néo-synthétisé pour former un double brin d’ADN viral (Telesnitsky and Goff, 1997). Le double brin d’ADN viral va ensuite former le complexe nucléoprotéique CPI, qui sera transféré activement vers le noyau, notamment grâce à Vpr (Bowerman et al., 1989). L’intégration de l’ADN proviral sera alors réalisée par l’intégrase (IN), qui clivera d’abord les extrémités 3’-LTRs de l’ADN, puis insérera de façon stable l’ADN viral en liguant ces LTRs au génome cellulaire (Craigie, 2012). Cette étape étant complexe, dans un certain nombre de cas, l’ADN reste sous forme non intégrée : soit linéaire où il se dégrade, soit sous forme circulaire avec un ou deux LTRs (Figure 5). Une fois intégré, le provirus peut rester latent pendant de longues périodes, constituant ce qu’on appelle des « réservoirs ». Les lymphocytes T CD4+ au repos (CD4 mémoires) représentent les principales cellules réservoirs du VIH.