Mardi 24/11/09 Flore Rozenberg RT :Théo Kavakelis RL :Suzanne Ferrier Virus Herpes Simplex:Infection productive et latente Introduction Le virus HSV Morphologie et structure Cycle biologique Infection productive Phase très précoce Phases précoce et tardive Infection latente Observations chez l animal Rôles des LAT Réactivation et réponse immunitaire INTRODUCTION Si l on a choisi d étudier particulièrement les virus herpes simplex et Epstein Barr (2 ème partie de la ronéo) de la famille des herpes viridae, c est parce qu ils constituent d excellents modèles de latence virale, utilisant chacun des mécanismes moléculaires différents. Il existe 2 sérotypes d herpes simplex : l herpes simplex de type I et celui de type II. L herpes simplex type I est très prévalent dans toutes les populations mondiales. (2/3 de la population occidentale adulte est porteur de l anticorps). Donne le plus souvent des infections bénignes des muqueuses supérieures (bouche, œil). Mais cela peut parfois donner des maladies beaucoup plus graves (1 ère cause d encéphalite nécrosante dans les pays industrialisés occidentaux). L herpes simplex type II est moins répandu. Donne classiquement des infections des muqueuses génitales avec parfois des méningites associées. La principale crainte est la transmission de la mère à son nouveau-né lors de l accouchement. L infection sera alors plus grave chez le nouveau-né (car il manque de défenses immunitaires).
I/ Le virus HSV a) Morphologie et structure Gros virus enveloppé d environ 200nm de diamètre. L enveloppe est hérissée d environ 11 glycoprotéines virales (spicules) La capside est à symétrie cubique. Elle contient un ADN linéaire double brin de grande taille (environ 150 kb, 80 gènes viraux) grosse capacité codante. On peut classer les gènes viraux en 3 grands groupes : *Gènes codant des protéines de régulation, importantes pour coordonner le cycle infectieux viral et influencer la cellule hôte (pour entraîner l effet pathogène ou la réaction immune.) *Gènes codant des protéines impliquées dans la réplication virale : DNA polymérase, thymidine kinase, enzymes de réparations de l ADN. Au moins 8 protéines enzymatiques. *Gènes codant des protéines de structure : glycoprotéines de l enveloppe, protéines de la capside et du tégument. b) Cycle biologique On distingue dans le cycle infectieux, 3 phases différentes : *Une première phase, lors de la primo-infection, qui aboutit à l infection des premières cellules cibles (cellules de la peau ou des muqueuses). Dans ces cellules le virus se réplique de façon productive. C est un cycle lytique. *Après la primo-infection, après que l organisme ait éliminé les cellules infectées superficielles de l organisme. Le virus entre en état de latence à l intérieur des neurones. Il persiste alors à vie chez l individu sous une forme totalement silencieuse, sans lyse cellulaire. Il y a uniquement persistance du génome viral. *Parfois, des stress entraînent des signaux sur ces neurones qui réveillent le génome viral reprise d un cycle de réplication redonne un cycle lytique en périphérie (peau, muqueuses) malgré la réponse immune de l hôte Phénomène de réactivation. En dehors des formes graves lors de la primo-infection, les complications observées lors d infections herpétiques sont dues à cette capacité d établissement de la latence. En culture on observe que les cellules infectées par le HSV deviennent arrondies (ballonisées ou réfringentes) et se décollent de support effet cytopathique typique de l herpes simplex.
II/ Infection productive Le génome viral est composé de 2 fragments linéaires juxtaposés. Le 1 er fragment est appelé fragment long (ou UL Unique Long), le 2 ème est le appelé fragment court (ou US Unique Short). Entre ces 2 fragments, on observe des séquences répétées, inversées aux extrémités de chaque fragment. Les 2 brins sont capables de coder l information génétique. Sur les 80 gènes viraux seule une partie est essentielle pour la réplication (37 gènes essentiels). La transcription/traduction du génome se fait de manière très coordonnée, séquentielle. Il y 3 phases successives : Une phase très précoce correspondant aux gènes α de régulation Une phase précoce correspondant aux gènes β de réplication Une phase tardive correspondant aux gènes γ de structure N.B : La réplication du génome viral a lieu dans le noyau puisqu il s agit d un génome ADN. Pour les virus à ADN réplication dans le noyau SAUF LE POXVIRUS Pour les virus à ARN réplication dans le cytoplasme SAUF LE VIRUS DE LA GRIPPE a) Phase très précoce Après pénétration dans la cellule par fusion, dissolution de la capside, le génome viral entre dans le noyau accompagné de protéines du tégument (notamment VP16). VP16 se fixe à 2 protéines cellulaires, Oct-1 et HCF. Ce complexe protéique se fixe de façon spécifique sur les séquences promotrices des gènes de régulation très précoces. VP16 est donc indispensable au démarrage du cycle viral. Lors de cette phase, 5 gènes de régulation seront transcrits traduits, notamment ICP0 et ICP4, indispensables à la poursuite du cycle. b) Phases précoce et tardive ICP0 et ICP4 initient la 2 ème vague de transcription/traduction des protéines précoces. Une fois traduites, ces protéines retournent dans le noyau pour répliquer l ADN viral et à leur tour induire la transcription/traduction des protéines tardives. Au bout de 2H production des protéines très précoces 4H production des protéines précoces A partir de 6H production des protéines tardives Qu est-ce qui différencie le cycle lytique rapide de la latence dans les neurones?
III/ Infection latente a) Observations chez l animal On supposait que le virus s hébergeait dans les neurones car on avait observé que l herpes ressurgissait toujours au même site cutané ou muqueux. Le virus, après avoir infecté la peau, est capté par les terminaisons sensitives innervant le territoire infecté. Les particules virales (sous forme de capside) migrent le long des axones suivant le flux axonal rétrograde (périphérie corps neuronaux des ganglions sensitifs). Dans un ganglion animal, 3j après l infection infection ganglionnaire aigue, donc infection productive. On différencie 2 sous population de neurones : des neurones permissifs et d autres non ( établissement d un état de latence). Si on prend un virus HSV, que l on délète des gènes ICP0 et ICP4, l ADN viral peut quand même établir un état de latence dans les noyaux neuronaux, sans réplication préalable. Dans un ganglion animal, 15j après l infection on observe ni protéines virales, ni messagers viraux. Seul l ADN viral est présent sous forme d épisome (circularisé) extra chromosomique (=/= rétrovirus). Il y a une expression minimale de ce génome viral. On appelle LAT (Latency Associated Transcripts) ces transcrits. Comment expliquer la latence? Hypothèses : * Lors du trajet de la capside de la périphérie jusqu au corps neuronal, il y a perte de VP16, ce qui explique la faible production virale *Contrairement aux cellules permissives, les neurones possèdent un HCF cytoplasmique, le complexe protéique ne peut donc pas se former *Dans les neurones, Oct-2, analogue de Oct-1, inhibe les transcriptions virales b) Rôles des LAT Les LAT viennent d une séquence répétée, ils sont donc présents en deux copies dans le génome viral. Il ne constitue qu une petite partie du génome viral (8kb). Le gène LAT entraîne la transcription d une famille de messagers : transcrits minoritaires = toute la longueur du gène transcrits majoritaires= plus petits (2kb, 1,5kb). Très abondants dans les noyau des neurones abritant le virus à l état latent. Ce sont des introns épissés à partir du transcrit majoritaire. Ils possèdent 2 cadres de lecture ouverts (Orf1 et Orf2) mais leur fonctionnement reste inconnu : aucune protéine correspondant à ces ORF n a été caractérisée.
Hypothèse : L extrémité 3 du transcrit LAT vient se superposer à l extrémité 3 du transcrit ICP0 codé par le brin complémentaire. Les LAT viendraient ainsi bloquer la production d ICP0 par un mécanisme antisens pas de traduction d ICP0, donc pas d initiation du cycle de réplication. Chez l homme environ 1% des neurones contiennent l ADN HSV latent et le nombre de copies en latence est corrélé au niveau de réplication périphérique. Cependant seul 30% des neurones contenant le génome viral sont capables d exprimer les LAT. Les neurones enclins à mettre le virus en latence expriment un récepteur au NGF (facteur de croissance neuronal). Les virus HSV-I et HSV-II établissent la latence dans des populations de neurones différentes. Si l on produit un virus HSV-II en replaçant le gène LAT par celui de l HSV-I, on observe que le virus reconnaît les mêmes neurones que l HSV-I. Attention : la diapo 31 du diaporama montrant la spécificité du rôle du gène LAT comportait une erreur : il faut lire sur la troisième ligne A5 KH10 HSV-2(LAT1) 42 % 2 % C'est-à-dire que si on remplace LAT2 de HSV-2 par LAT1, la latence s établit dans les neurones marqués par l anticorps A5 (neurones exprimant CGRP et récepteur NGF), comme le virus HSV-1 sauvage. En délétant le gène LAT on se rend compte qu ils ont un rôle plus important dans la réactivation que dans la latence. En cas de grande délétion l infection est plus virulente, les neurones meurent par apoptose. Hypothèses : *Les LAT servent à protéger les neurones de l apoptose. Par quel moyen? *LAT code un micro-arn qui bloque l apoptose Les micro-arns sont des petits ARN qui se replient en épingle à cheveux, sont ensuite clivés et vont reconnaître de façon spécifique certains messagers. Si l appariement est parfait, il y a blocage complet de la traduction. Si l appariement est partiel il y a diminution de la traduction. Des gènes capables de coder des micro-arn ont été effectivement identifiés dans le génome de HSV-1 et HSV-2. Restait à prouver leur transcription et le rôle des transcrits. Une première équipe a identifié un micro-arn codé par HSV-1 capable d empêcher l apoptose. Une deuxième équipe a contredit ces résultats, donc cette dernière hypothèse n est toujours pas validée à l heure actuelle. Mais cette deuxième équipe a identifié des micro-arn, un mi-arn codé à l intérieur du gène LAT, capable de diminuer la traduction d ICP0, un autre mi-arn en dehors du gène LAT, capable d empêcher la traduction d ICP4. De cette façon, le cycle de réplication ne pourrait pas démarrer. Ces résultats doivent être confirmés.
IV/ Réactivation et réponse immunitaire Lors d un stress, d une fièvre, de facteurs hormonaux le contrôle de latence peut lâcher. Il y a alors reprise du cycle productif, les capsides remigrent du corps du neurone jusqu en périphérie pour infecter à nouveau la peau et les muqueuses. Que se passe-t-il lors de la réactivation? Hypothèses : *La latence n est pas absolue,il y a un très faible niveau de transcription/traduction. A cause d un stress ce niveau s élève brutalement. On a longtemps pensé que le virus en latence dans les neurones était hors d atteinte de la réponse immunitaire (on parle de privilège immunitaire). En réalité il y a une réponse immunitaire au niveau des ganglions hébergeant le virus à l état latent. Il y a production de chemokines et cytokines et présence de cellules de l immunité (lymphocytes T CD4 et CD8). Hypothèse : Au cours de la vie d un individu, il y a probablement de multiples épisodes de réactivation qui surviennent et il y a en permanence dans les ganglions des cellules de l immunité qui contrôlent le début de la production virale. Par quel moyen? : Les CD8 cytotoxiques détruisent les cellules infectées. Or dans les ganglions il n y a pas de marques de mort neuronales. On suppose donc que dans ce cas les lymphocytes agissent par un mécanisme indirect (cytokines) qui contrent la production virale sans détruire les neurones. Les CD8 contiennent du GranzymeB, molécule qui en temps normal permet la lyse de la cellule infectée. Dans les ganglions le GranzymeB est polarisé en direction des neurones infectés (or normalement il est éparpillé dans le cytoplasme). Dans ce cas spécifique, le GranzymeB n entraîne pas la lyse des neurones, mais par un mécanisme indirect il clive de manière spécifique la protéine ICP4 : mécanisme qui empêche le démarrage du cycle de réplication. Ceci explique qu en cas de déficit immunitaire les réactivations sont beaucoup plus fréquentes. EN CONCLUSION La latence est la conséquence d une incapacité à initier l expression des gènes très précoces. Dans ce cas le génome viral persiste dans les cellules sous forme d épisome Durant la latence, seuls les gènes LAT sont transcrits La réactivation est la reprise d un cycle productif en réponse à un signal cellulaire encore inconnu.