Circovirus et pathologies associées chez les animaux

revue
Virologie 2005, 9 : 431-42
Copyright © 2017 John Libbey Eurotext. Téléchargé par un robot venant de 88.99.165.207 le 25/05/2017.
Circovirus et pathologies associées
chez les animaux
B. Grasland
L. Bigarré
P. Blanchard
C. Loizel
Y. Blanchard
C. de Boisséson
A. Jestin
Unité de génétique virale et biosécurité,
Agence française de sécurité sanitaire
des aliments (Afssa),
BP53,
22440 Ploufragan
Résumé. Les Circovirus représentent un des deux genres de la famille des
Circoviridae. À ce jour, seuls les suidés (porc et sanglier) et les oiseaux ont été
identifiés comme leurs hôtes. Ils possèdent tous un génome à ADN circulaire
simple brin d’environ 2 000 nucléotides. Leur ADN contient une séquence nonanucléotidique nécessaire pour la réplication, flanquée de séquences répétées
inversées représentant un motif tige-boucle et deux cadres de lecture principaux
d’orientation opposée, l’un codant pour la protéine Rep associée à la réplication
et l’autre pour la protéine de capside Cap. Tous les circovirus décrits à ce jour,
excepté le circovirus porcin de type 1 (PCV1), sont associés à des pathologies
caractérisées par une immunosuppression ou immunodépression de leur hôte.
Des lésions histopathologiques, telles que les inclusions intracytoplasmiques
dans les macrophages et des déplétions lymphocytaires des lymphocytes T et B
au niveau des organes lymphoïdes, sont généralement constatées. Actuellement,
aucun moyen de prophylaxie médicale n’est disponible pour prévenir les infections à circovirus.
Mots clés : circovirus, ADN simple brin, génome circulaire, cofacteur
d’infection
Abstract. Animal circoviruses belong to the Circovirus genus of the Circoviridae family. Nowadays, only swine and birds were identified as circovirus hosts.
Circoviruses have a single-stranded circular genome of approximately 2000
nucleotide long. DNA of these viruses possesses : (i) a nonanucleotide sequence
essential for replication, flanked by inverted repeat sequences, a palindrome that
has the potential to form a stem-loop structure and (ii) two major ORFs, located
on the viral and complementary strands, which encode respectively the
replication-associated protein (Rep) and the capsid protein (Cap). All the circoviruses described at the present time, except porcine circovirus of type 1, are
associated with immunosuppressive or immunodepressive diseases. Histopathological lesions such as cytoplasmic inclusions of virus in histiocytic cells and T
and B lymphocyte depletion in lymphoid organs, are commonly noticed. No
medical prophylaxis of circovirus infections is currently available.
Key words: circovirus, single-stranded DNA, circular genome, infection
cofactor
Historique et classification
Les circovirus infectant les vertébrés possèdent un ADN
circulaire simple brin et présentent des similitudes avec les
virus appartenant aux Geminiviridae et aux Nanoviridae
qui infectent les plantes. Le génome des Geminiviridae est
constitué d’une ou deux molécules d’ADN simple brin
Virologie, Vol. 9, n° 6, novembre-décembre 2005
circulaire de 2 500 à 3 000 nucléotides (tableau 1) [1]. Celui des Nanoviridae est réparti sur au moins 6 à 8 molécules
d’ADN simple brin circulaire, d’environ 1 000 nucléotides
chacune [2]. Les particules virales de ces deux familles sont
non enveloppées, de forme icosaédrique simple d’un diamètre de 18 nm pour les nanovirus et de forme icosaédrique
double d’environ 18 × 30 nm pour les géminivirus (ta431
revue
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Tableau 1. Classification et caractéristiques générales des familles Nanoviridae, Geminiviridae et Circoviridae
Famille
Nanoviridae
Geminiviridae
Hôte
Génome
Plantes
ADN circulaire simple brin
6 à 8 segments
de 1 kb
Non enveloppé
capside de 18 à
20 nm de Ø*
Plantes
ADN circulaire simple brin
1 ou 2 segments
de 2,5 à 3 kb
Non enveloppé
capside géminée
de 20 nm de Ø*
Virion
Circoviridae
Genre
Genre
Gyrovirus
Circovirus
Chicken anemia virus (CAV) Beak and feather disease
virus (BFDV)
Canary circovirus (CaCV)
Goose circovirus (GoCV)
Pigeon circovirus (PiCV)
Porcine circovirus 1 (PCV1)
Porcine circovirus 2 (PCV2)
Vertébrés
Vertébrés
ADN circulaire simple brin
Vertébrés
1 segment de 1,8 à 2 kb
Non enveloppé
Non enveloppé
capside de 14 à 20 nm de Ø*
*Ø diamètre.
bleau 1). Il a été émis l’hypothèse que les circovirus dériveraient d’un nanovirus qui aurait recombiné avec un virus
infectant les vertébrés [3].
En 1974, des particules virales ressemblant à des picornavirus sont observées comme contaminant d’une lignée cellulaire de reins de porc (PK15) [4]. Il faudra attendre 1982
pour réaliser que ces particules virales contenaient un génome à ADN simple brin, circulaire, de petite taille, à
l’origine du nom de circovirus porcin (PCV) [5]. Par la
suite, des virus de même structure génomique, le virus de la
maladie du bec et du plumage des Psittacidae (beak and
feather disease virus, BFDV) et le virus de l’anémie du
poulet (chicken anemia virus, CAV), sont découverts chez
les oiseaux. De par leurs caractéristiques biochimiques et
morphologiques communes [6, 7], ces trois virus ont été
regroupés dans la famille des Circoviridae, créée en 1995
par l’International Committee for the Taxonomy of Viruses
(ICTV) [8]. En 1996, une nouvelle pathologie appelée
maladie d’amaigrissement du porcelet (MAP) fait son apparition en France et en Espagne [9]. Elle affecte sévèrement les rendements des élevages porcins, la mortalité
pouvant atteindre 20 %, voire plus dans les cas les plus
sévères. Elle touche les porcelets en croissance âgés de 2 à
4 mois et est aujourd’hui présente dans la majorité des pays
producteurs de porcs. Un circovirus a été identifié à partir
de lésions de porcelets malades. Il s’est révélé être différent
du circovirus porcin identifié dès 1982 [10], en termes
d’antigénicité et de séquence nucléotidique. Le circovirus
porcin isolé de cellules PK15 est alors appelé circovirus
porcin de type 1 (porcine circovirus type 1, PCV1) et celui
isolé d’animaux atteints de MAP, circovirus porcin de
type 2 (porcine circovirus type 2, PCV2). En 2005, l’ICTV
distingue deux genres dans la famille des Circoviridae : le
432
genre Gyrovirus avec un représentant unique, le CAV, et le
genre Circovirus incluant les deux autres virus déjà connus
et de nouveaux membres découverts chez des espèces
aviaires dont le circovirus du pigeon (pigeon circovirus,
PiCV), de l’oie (goose circovirus, GoCV) et du canari
(canary circovirus, CaCV) (tableau 1) [11]. Des espèces
isolées chez le pinson (finch circovirus, FiCV), le canard
(duck circovirus, DuCV) et la mouette (gull circovirus,
GuCV) sont en attente d’y être classées [11]. Le Torque
teno virus (TTV) et le TTV-like mini-virus (TLMV), découverts chez l’homme à partir de 1997 et décrits initialement
comme « circovirus humains », sont désormais regroupés
dans le genre Anellovirus, dans l’attente d’être assignés à
une famille [12].
La revue présente les circovirus, tels que définis dans la
dernière classification présentée par l’ICTV, et leurs pathologies associées. Les auteurs s’appuient essentiellement sur
les modèles des circovirus porcins qui ont été très étudiés
ces dernières années.
Les virus du genre circovirus
Caractéristiques biologiques
Spectre d’hôte
Le PCV1 a été isolé dans la lignée cellulaire de reins de
porc PK15 (ATCC-CCL33) [4]. Il a été montré qu’il pouvait infecter et se multiplier dans d’autres lignées cellulaires porcines primaires ou semi-continues [5, 13]. Des études sérologiques ont démontré que des anticorps contre le
PCV1 étaient communément présents chez les porcs dans
de nombreux pays [14]. Cependant, des réactions croisées
avec le PCV2 pourraient avoir conduit à une surestimation
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de la prévalence du PCV1. Le PCV2 a quant à lui été isolé
chez des suidés (porc et sanglier) en Europe [15, 16], en
Amérique du Nord, centrale et du Sud [16, 17] ainsi qu’en
Asie [18]. Des anticorps anti-PCV2 ont été détectés dans
des sera antérieurs de 30 ans à l’émergence de la MAP,
indiquant que les porcs étaient infectés par le PCV2 bien
avant l’isolement du virus [19]. Les circovirus porcins
n’ont été retrouvés que chez les suidés, indiquant une
grande spécificité d’hôte. Les recherches sérologiques effectuées dans les populations humaines exposées et animales (bovins, ovins, poulet, lapin) sont restées négatives [20,
21]. Des essais d’inoculation de PCV1 et PCV2 sur diverses lignées bovines et ovines ont montré que les virus
pouvaient infecter ces cellules sans qu’il y ait cependant
production de virions [20]. En outre, l’infection de différentes lignées cellulaires humaines et simiennes par le
PCV1 ou le PCV2 est non productive de virus bien que le
PCV1, comme le PCV2, puisse entrer et se répliquer dans
certaines cellules humaines [22].
Plus de 60 espèces d’oiseaux de la famille des Psittacidae,
comprenant notamment les perroquets et les perruches,
peuvent être infectées par des variants du BFDV [23]. Le
virus a une distribution mondiale et se rencontre dans les
populations sauvages d’Amérique du Sud, d’Afrique,
d’Australie et du Pacifique sud ainsi que dans les populations captives. À l’heure actuelle, chaque circovirus aviaire
n’a qu’un seul hôte connu, l’espèce chez laquelle il a été
détecté. Mis à part les circovirus porcins, les autres virus
n’ont pu être répliqués sur système cellulaire in vitro.
Morphologie
Les particules de circovirus sont non enveloppées, en forme
d’icosaèdre et ont un diamètre compris entre 14 et 20 nm
(figure 1). Les circovirus porcins et le BFDV seraient
constitués de 12 pentamères comprenant 60 sous-unités répétées d’une protéine de capside unique [24].
Propriétés physicochimiques et biologiques
La densité du PCV1 est évaluée à 1,37 g/ml en chlorure de
césium. Le virus ne provoque pas l’hémagglutination
d’érythrocytes de nombreuses espèces dont le porc. Il résiste à l’inactivation à pH 3 ainsi qu’au chloroforme, et
reste stable à 56 et 70 °C pendant 15 minutes [20]. Peu de
données existent sur les propriétés physicochimiques du
PCV2. In vitro, ce virus est résistant aux désinfectants
contenant de la chlorhexidine, du formaldéhyde, de l’iodine
et des alcools. Cependant, il montre une sensibilité aux
désinfectants à base de phénol, d’ammonium quaternaire,
d’hydroxyde de sodium et d’agents oxydants [25].
Le BFDV agglutine les érythrocytes de perroquets mais pas
ceux de l’homme, du porc, de l’oie et du cobaye [26] même
si, pour ce dernier, les résultats sont contradictoires [27].
Virologie, Vol. 9, n° 6, novembre-décembre 2005
100 nm
Figure 1. Particules virales de circovirus porcin de type 2 semipurifiées après coloration négative au PTA (microscope électronique × 200 000). Des particules de 20 nm de diamètre environ sont
visibles.
Génome et expression
Organisation génomique et réplication
Le génome des circovirus est une molécule d’ADN simple
brin circulaire, d’une taille d’environ 2 000 nucléotides
(figure 2). Leur structure est composée d’une région intergénique comprise entre deux cadres de lecture majeurs,
d’orientation opposée et appelés ORF1 et 2. L’ORF1, situé
sur le brin viral de polarité positive (+), est compris dans le
gène rep qui code pour deux protéines initiatrices de la
réplication (Rep et Rep’) tandis que l’ORF2, situé sur le
brin de polarité négative (–), est compris dans le gène cap
qui code pour l’unique protéine de structure de la capside.
L’origine de réplication se trouve dans la région intergénique qui inclut une séquence nonanucléotidique flanquée de
séquences palindromiques, l’ensemble formant un motif
tige-boucle (figure 2). En aval de cette tige-boucle, se
trouvent des séquences hexanucléotidiques répétées. La
réplication du génome impliquerait un mécanisme en cercle roulant comme pour les Geminiviridae. Cependant,
chez les circovirus, l’originalité repose sur le choix de la
matrice à copier au niveau de la tige-boucle, reposant sur
une organisation en melting-pot, différente de celle qualifiée de « cruciforme » utilisée par les Geminiviridae. Dans
ce modèle, une forme réplicative double brin est obtenue à
partir du génome viral simple brin après infection des
cellules. Puis un complexe REP, formé des protéines Rep et
Rep’, se lie à la séquence nonanucléotidique comprise dans
la séquence de la tige-boucle de l’intermédiaire bicaténaire
superenroulé. Le complexe déstabilise l’origine de réplication et coupe alors la séquence nonanucléotidique en amont
de l’avant-dernier nucléotide (A) (la position du nucléotide
1 du génome étant fixé sur ce nucléotide dans la figure 2), ce
qui engendre la création d’une extrémité 3′ OH libre.
Aucune structure en croix n’est formée au niveau de l’ori433
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A
T
G
C
G
T
C
G
C
G
T
G
A
A
G
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A
1
T
5’
G T
T
T
A
C
C
A
G
C
G
C
A
C
T
T
C G G C AG C G G C AG C AC C T C G G C AG C G T C AG
3’
13
19
30
36
Origine de
réplication
Tige boucle
ORF2
cap
Génome des
circovirus
~ 2000 nt
ORF1
rep
Figure 2. Organisation génomique générale des circovirus animaux. Deux cadres de lecture majeurs, de sens contraire, sont
compris dans les gènes rep et cap. Une partie de la région
intergénique du PCV1 contenant le motif tige-boucle et la séquence nonamérique essentielle pour la réplication (indiquée en
gras), est agrandie en exemple. La position du premier nucléotide
ainsi que celles des hexamères sont indiquées.
gine de réplication, mais plutôt une sphère d’instabilité,
appelée melting-pot où les brins (+) et (–) sont proches mais
non liés par des liaisons hydrogène. Le brin (–) et le brin (+)
du génome viral au niveau de la séquence palindromique de
la tige-boucle sont donc disponibles simultanément comme
modèles pendant les phases d’induction et de terminaison
de la réplication [28].
Les circovirus dépendent de l’ADN polymérase de leur
hôte pour effectuer leur cycle de réplication du génome et
produire la forme réplicative double brin. La nécessité de
cette polymérase conforte le fait que les circovirus porcins
requièrent des cellules en phase S du cycle cellulaire pour
réaliser un cycle d’infection complet [29]. Des études in
vivo ont permis d’établir que les cellules supportant la
réplication du PCV2 dépendaient du stade de développement de leur hôte au moment de l’infection. Chez des fœtus
infectés in utero, le PCV2 a été détecté dans des cardiomyocytes, des hépatocytes et des macrophages au début de
la gestation et dans des macrophages majoritairement en fin
de gestation [30]. Des études réalisées in vitro avec une
lignée cellulaire de monocytes ont montré que le PCV2
entre dans ces cellules par endocytose dépendante de la
434
clathrine essentiellement et que l’acidification du compartiment endosomal est nécessaire à l’infection par le PCV2
[31].
Le génome du PCV1 compte 1 759 nucléotides et celui du
PCV2, 1 767 ou 1 768, en fonction des souches [11, 15].
L’origine de réplication du PCV1 a pu être expérimentalement bornée à un fragment de 111 bases (b) de longueur
englobant le nonanucléotide 5’TAGTATTAC ainsi que le
promoteur du gène rep [32]. La séquence de ce motif
nonanucléotidique ne varie que par la première base chez le
PCV2 5’AAGTATTAC. Des modifications de nucléotide
dans ce motif par mutagenèse dirigée montre que la séquence importante pour la réplication peut être condensée à
un octanucléotide 5’AxTAxTAC [33]. En aval de la tigeboucle, se trouvent quatre répétitions de l’hexamère 5’CGGCAG (figure 2) qui forment un site de fixation aux protéines codées par le gène rep. Les gènes rep des deux PCV
présentent plus de 85 % de similitude alors que les gènes
cap sont moins conservés avec 62 % de similitude.
La séquence nucléotidique du génome du BFDV est composée de 1 993 nucléotides et comprend la même séquence
nonanucléotidique indispensable pour la réplication que le
PCV1. Deux répétitions d’un motif de 8 nucléotides
5’GGGGCACC sont situées en aval du motif tige-boucle.
Le circovirus du pigeon (PiCV) possède quant à lui un
génome de 2 036 ou 2 037 b, celui de l’oie (GoCV) de
1 821 b, du canard (DuCV) de 1 996 b et du canari (CaCV)
de 1 952 b [11].
Transcription et protéines virales
Les génomes des circovirus porcins présentent deux cadres
de lecture permettant, par un phénomène d’épissage alternatif, la synthèse de trois protéines majeures : les protéines
Rep et Rep’ via le brin d’ADN viral (+) et la protéine Cap
via le brin (–) complémentaire (figure 3). Un troisième
cadre de lecture, appelé ORF3, a été mis en évidence chez
le PCV2. Le gène serait situé au niveau du gène rep mais
transcrit en sens inverse. L’ARNm de 315 nt coderait pour
une protéine qui jouerait un rôle dans l’induction de l’apoptose dans les cellules infectées [34].
L’incapacité de propager les circovirus autres que les circovirus porcins en culture cellulaire aura été un frein à
l’analyse des transcrits produits chez les autres circovirus.
Néanmoins, pour le BFDV, deux protéines majeures de 26
et 23 kDa associées à la capside ont été caractérisées à
partir de virus purifiés provenant de plumes infectées [35].
Leur fonction n’est cependant toujours pas établie.
– Cap. Pour les PCV, un ARNm majeur est transcrit à partir
du brin complémentaire. Il subit un épissage produisant un
transcrit codant pour la protéine Cap. Chez le PCV1, le site
d’induction de la transcription est localisé au nt 457, le site
d’épissage compris entre les nt 348 et 1724, et le site de
terminaison au nt 998 (figure 3). La région codant pour la
Virologie, Vol. 9, n° 6, novembre-décembre 2005
revue
ARNm Cap
457
ARNm Cap
348
1724
998
1723
469
361
1737
1024
1735
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Génome du PCV1
Génome du PCV2
1005
997
ARNm Rep et Rep’
Rep
1037
1768/1
1759/1
998
1005
1004
ARNm Rep et Rep’
19
997
47
19
Rep
1004
51
983
403
18
18
787 997
992
416
800 1004
416
800 967
Rep’
Rep’
47
403
787 934
51
Figure 3. Génomes et transcrits principaux du PCV1 et du PCV2. La direction de transcription est indiquée par les flèches au niveau des
génomes. Les séquences codantes apparaissent en gris ainsi que leur localisation par rapport au génome, signalée sous chaque transcrit.
et ....
Les queues polyA de chaque ARNm et les sites d’épissage sont indiqués respectivement par
protéine Cap s’étend du nt 1 723 au nt 1 024. Pour le PCV2,
les sites d’induction et de terminaison sont les nt 469 et
1 005. La région d’épissage est bornée par les nt 361 et
1 737. La région codante est comprise entre les nt 1 735 et
1 037 [36]. L’épissage se fait donc en dehors du cadre de
lecture. Chez ces deux virus, les ARNm codent pour une
protéine de 233 acides aminés. Les protéines Cap des PCV
présentent 67 % d’homologie. Leurs masses moléculaires
calculées sont de 28 kDa, valeur inférieure aux masses
observées après électrophorèse sur gel dénaturant
(30 kDa), ce qui suggère des modifications posttraductionnelles [37]. La protéine Cap se localise dans le
noyau, le ciblage nucléaire faisant intervenir les 41 preVirologie, Vol. 9, n° 6, novembre-décembre 2005
miers acides aminés de la région N-terminale. Une analyse
par mutagenèse dirigée confirme la présence de deux signaux de localisation nucléaire potentiels, constitués d’acides aminés basiques comprenant les résidus aminés 12 à 18
et 34 à 41 [38]. La détection de la protéine n’est possible
que 24 heures après infection in vitro, suggérant que la
protéine interviendrait à la fin du cycle de multiplication.
Quatre épitopes immunodominants, situés au niveau des
acides aminés 65-87, 113-147, 157-183 et 193-207, ont été
identifiés dans la protéine de capside du PCV2 [39].
– Rep et Rep’. Chez le PCV1, un ARNm d’une taille de
978 nt a été détecté et code pour la protéine Rep (312 acides
aminés) impliquée dans la réplication (figure 3). Cet
435
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ARNm subit un épissage qui génère le transcrit codant pour
la protéine Rep’ composée de 168 acides aminés [36]. Les
équivalents de ces deux ARNm sont présents chez le PCV2.
Les tailles des protéines Rep et Rep’ du PCV2 diffèrent
avec 314 et 178 acides aminés respectivement [36]. Toutefois, la protéine Rep du PCV1 et celle du PCV2 affichent
près de 87 % de similitude. Dans la région N-terminale de
Rep et Rep’ des PCV, trois motifs typiques des protéines
d’induction de la réplication par le mode en cercle roulant
sont conservés. Le fragment d’ADN contenant le promoteur du gène rep, Prep, englobe la région intergénique et
présente un élément de réponse à la stimulation interféron
(ISRE), présumant une régulation par les cytokines. Il
subirait également une régulation négative par la protéine
Rep mais pas par Rep’ [40]. La présence de ces deux
protéines est essentielle pour lancer la réplication de l’ADN
que, séparées, ces protéines ne peuvent amorcer. Rep et
Rep’ interagissent avec des fragments d’ADN double brin
inclus dans l’origine de réplication [40]. La protéine Rep se
lie in vitro au côté droit de la tige-boucle (figure 2) ainsi
qu’aux deux premiers hexamères, tandis que Rep’ nécessite
uniquement deux répétitions d’hexamères (figure 2) [41].
Cependant, des expériences ont montré qu’in vivo la protéine Rep interagissait seulement avec deux cytosines du
motif tige-boucle situées en positions 3 et 10 [42]. Dans le
domaine C-terminal, la protéine Rep contient un motif de
liaison de l’ATP, indiquant un éventuel rôle d’hélicase alors
que la protéine Rep’ n’en possède pas et agirait plutôt
comme nucléase. Le complexe Rep-Rep’ est interchangeable d’un PCV à l’autre. Les protéines produites par le PCV2
sont capables de se fixer au niveau de l’origine de réplication des deux PCV, de même que celles du PCV1 [43]. Elles
peuvent s’associer en homomultimères mais aussi en hétéromultimères [40].
– Autres transcrits. En plus de ces trois transcrits, neuf
autres ont été identifiés pour le PCV1 et six pour le PCV2
[36]. Ces ARNm résultent, comme pour Rep’, de l’épissage
alternatif de la même unité de transcription, l’ARNm codant pour la protéine Rep. On ne sait pas pour l’instant si
ces transcrits nouvellement identifiés sont traduits. Ce qui
est certain, c’est la complexité de l’organisation transcriptionnelle des circovirus porcins. Néanmoins, il existe des
différences dans les profils de transcription car un seul
ARNm subit un double épissage chez le PCV2 contre
quatre chez le PCV1. Il a été avancé que ces particularités
pouvaient servir de base pour expliquer des différences de
propriétés biologiques entre ces deux virus [36].
Variabilité génétique
Après la découverte du PCV2, il est apparu que le virus
avait une forte prévalence dans les élevages à l’échelle
mondiale. Par exemple, en Bretagne, il infectait la totalité
des animaux dans les élevages touchés par la MAP contre
436
76 % des animaux dans les autres élevages non frappés par
la maladie [44]. Par ailleurs, par le séquençage de l’intégralité du génome de nombreux isolats, il a été constaté une
très forte homogénéité génétique, avec une homologie nucléotidique comprise entre 95 et 100 %, entre les isolats
provenant de continents différents ou de porcs présentant
des pathologies différentes. En outre, aucun marqueur moléculaire viral n’a pu être spécifiquement associé à des
animaux atteints de MAP, écartant l’hypothèse que la maladie ait émergé à la suite de l’apparition d’un variant viral
très virulent [45].
La comparaison de la séquence de plusieurs isolats de
BFDV a fait paraître une identité nucléotidique comprise
entre 84 et 97 %. Cette faible variabilité est due à des
mutations ponctuelles mais aussi à des délétions ou insertions de 1 à 17 nt dans les régions codantes et non codantes
[46]. L’hypothèse d’une association génotypique entre le
BFDV et ses hôtes a été avancée puis confortée lorsque des
travaux ont démontré qu’il existait des variants spécifiques
à chaque espèce de Psittacidae [47].
Pathologies associées
À l’exception du PCV1 [14], tous les circovirus sont associés à des pathologies qui affectent le système immunitaire
en provoquant une déplétion lymphocytaire sévère chez
leurs hôtes. Toutefois, de nombreux animaux peuvent être
infectés sans manifester de signes cliniques.
La maladie d’amaigrissement du porcelet (MAP)
Émergence
Les émergences de la MAP et du PCV2 dans la population
porcine ne sont pas simultanées. En effet, comme décrit
précédemment, la présence de PCV2 a pu être confirmée
dans des sera datant de 1970 tandis que les premières
manifestations de MAP ont été décrites au Canada en 1991
[9]. Cependant, la véritable émergence de la MAP a eu lieu
parallèlement en Europe et en Amérique du Nord à partir de
1996. Dès lors, il est probable que des circonstances précises, communes aux deux continents, y ont contribué. Plusieurs hypothèses peuvent être avancées : 1) augmentation
de la charge virale du circovirus dans l’environnement
consécutive à certaines évolutions des pratiques d’élevage
et/ou à l’intervention d’un cofacteur infectieux aujourd’hui
inconnu ; 2) augmentation de la sensibilité du porc consécutive, soit à une modification génétique le rendant plus
vulnérable, soit à une modification du mode d’élevage. S’il
est communément admis que le PCV2 joue un rôle pivot
dans l’étiologie de la maladie, l’implication de facteurs
environnementaux favorisant le développement de la MAP
clinique est également reconnue.
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Afssa Ploufragan
Figure 4. Porc présentant les signes cliniques caractéristiques de
la maladie d’amaigrissement du porcelet, notamment une ligne
dorsale prononcée et des flancs creux.
Aspects cliniques
La MAP affecte les porcelets âgés de 2 à 4 mois. Les
animaux affichent un état léthargique associé à une anorexie et généralement à une hyperthermie (figure 4). Ils
apparaissent pâles et les désordres digestifs et respiratoires
sont fréquents. Leur dépérissement est très rapide, généralement fatal ou conduisant à un état général profondément
dégradé. Les taux de morbidité et de mortalité varient selon
les élevages et les lots considérés. Dans les élevages concernés, 4 à 20 % des animaux peuvent être atteints de MAP
(taux de morbidité) et 70 à 80 % d’entre eux succombent
(taux de mortalité). Parfois des dermatites apparaissent en
région postérieure sur une faible proportion de l’effectif des
porcs en croissance (entre 0 et 5 %) et, malgré l’absence de
dépérissement avéré, ces animaux meurent rapidement. Les
nécropsies font apparaître de sévères lésions rénales, d’où
le nom de « syndrome dermatite-néphropathie » [48].
A
Lésions macroscopiques et histopathologiques
À l’autopsie, l’hypertrophie des ganglions lymphatiques
est généralement observée sans être systématique. Les ganglions inguinaux sont particulièrement affectés et peuvent
avoir une taille multipliée par cinq. Ils sont alors décelables
par simple palpation. Les ganglions trachéobronchiques et
mésentériques sont aussi souvent atteints. La pneumonie
est également fréquente ainsi qu’un œdème interlobulaire.
Les animaux affectés par la MAP peuvent présenter un foie
atrophié et décoloré et/ou des reins localement décolorés
(présence de points blancs). Une ulcération nette de l’estomac peut aussi être notée.
Les lésions histopathologiques les plus caractéristiques affectent les tissus lymphoïdes. Des degrés variables de déplétion lymphocytaire avec une perte des follicules sont
observés (figure 5). Une infiltration d’histiocytes et/ou de
cellules géantes multinucléées est très fréquente. Des inclusions cytoplasmiques (agrégats de virions) peuvent être
visibles dans les histiocytes. Au niveau pulmonaire, une
pneumonie interstitielle est couramment décrite avec, dans
certains cas, la présence d’histiocytes au niveau des parois
alvéolaires épaissies. Une inflammation des espaces portes
du foie peut se manifester ainsi qu’une nécrose d’hépatocytes isolés avec une désorganisation des travées d’hépatocytes. À plus faible fréquence, des lésions microscopiques
peuvent être observées au niveau du rein, du pancréas, des
intestins et du cœur [25, 48].
Diagnostic
Comme les lésions macro et microscopiques varient, le
diagnostic de la MAP ne peut être posé que lorsque plusieurs critères sont réunis. Pour qu’un animal soit considéré
comme atteint de MAP, il doit présenter des signes clini-
B
Figure 5. Coupes histologiques de ganglions inguinaux prélevés sur un porcelet sain (A, × 50) et sur un porcelet affecté par la maladie
d’amaigrissement du porcelet (B, × 25) présentant une déplétion lymphocytaire sévère associée à une perte des follicules (zone de
présence des lymphocytes B).
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revue
ques et des lésions histopathologiques caractéristiques de la
MAP, notamment au niveau des tissus lymphoïdes, et une
forte accumulation du PCV2 dans ces lésions [25]. Dans
tous les cas, des quantités variables de PCV2 sont révélées
dans au moins un tissu présentant des lésions histopathologiques. Pour détecter le PCV2 dans les tissus affectés, les
antigènes ou les acides nucléiques de PCV2 sont révélés
par immunohistochimie ou par hybridation in situ respectivement. La technique de PCR classique est aussi couramment utilisée [25] mais, de par le caractère endémique du
virus, elle ne permet pas à elle seule d’établir le diagnostic
de MAP. Toutefois, la PCR quantitative en temps réel s’est
révélée un outil précieux par la mise en évidence d’une très
bonne corrélation entre la maladie et la charge génomique
virale ; en effet, cette charge génomique est significativement plus faible chez les porcs sains. Des seuils de 107
copies de génomes par millilitre de sérum [49] et de 1011
copies de génomes par gramme de tissu [50] ont été proposés comme seuils pour établir un diagnostic de MAP clinique. De plus, le développement de plusieurs techniques
d’Elisa a permis le suivi sérologique de l’infection des
élevages et des individus affectés ou non par la maladie [51,
52]. La cinétique d’infection peut être ainsi corrélée avec
des facteurs de risques potentiels.
Transmission
Expérimentalement, la transmission horizontale du virus
ainsi que la reproduction de la maladie ont été établies après
inoculation de suspensions virales (homogénat de tissus,
suspension provenant de culture cellulaire) par voies oronasale, intratrachéale et intramusculaire [53, 54]. L’hypothèse d’une transmission du PCV2 par les sécrétions oronasales et les fèces a été émise après mise en évidence de
virus dans des écouvillons nasaux et fécaux [55].
La transmission verticale du PCV2 par les femelles a également été étudiée. Des travaux ont imputé au virus des
troubles de la reproduction (avortement, mortalité à la
naissance et momification de fœtus) [56]. L’infection de
fœtus par le PCV2 a été testée à plusieurs stades de la
gestation. La multiplication du virus était très élevée chez
les fœtus infectés à 57 jours de gestation avec des lésions
sérieuses. Des anticorps dirigés contre le PCV2 ont été
détectés uniquement chez les fœtus infectés à 75 et 92 jours
de gestation [57]. De plus, il a été montré que le virus
circulait librement dans le sang ou associé à des cellules,
cette dernière forme étant prédominante et persistante [57].
En conséquence, une dissémination par le sang maternel
serait possible et permettrait le passage de la barrière placentaire. L’hypothèse d’une transmission placentaire du
PCV2 est soutenue par des travaux qui ont montré que le
PCV2 était détecté chez des fœtus issus de l’avortement de
truies infectées par le virus par voie intranasale [58]. Cependant, l’hypothèse d’une infection transplacentaire est
438
réfutée par d’autres travaux. En effet, des infections par
voies intramusculaire et intratrachéale à différents stades de
la gestation ont été réalisées sur des truies dépourvues
d’anticorps spécifiques du PCV2 [59]. La voie trachéale et
musculaire a induit des symptômes caractéristiques de la
MAP et des troubles de la reproduction. Néanmoins, les
porcelets ne présentaient aucun anticorps avant la tétée de
colostrum et étaient indemnes de PCV2 à la naissance. Ces
résultats suggèrent que la transmission transplacentaire du
PCV2 n’a pas eu lieu [59]. Même si l’infection transplacentaire des fœtus reste ambiguë, il est établi que le PCV2 est à
l’origine de troubles de la reproduction.
Le rôle du mâle dans la dissémination verticale du virus a
également été considéré. Du génome de PCV2 a été détecté
par PCR dans la semence de verrats [60].
Reproduction expérimentale
Les premiers essais, utilisant comme inoculum des homogénats de tissus infectés [61] ou du virus isolé après propagation en culture cellulaire [62], n’ont reproduit que des
lésions légères à modérées et non la MAP clinique. Toutefois, de nouvelles expérimentations ont permis de reproduire tous les symptômes et lésions de la pathologie en
utilisant uniquement du PCV2 [54]. Malgré cela, les inocula employés pouvaient contenir des facteurs favorisant
l’expression clinique de la MAP, pouvant être aussi bien
d’autres virus du porc que des molécules immunomodulatrices comme les cytokines. D’autres facteurs tels que le
statut sanitaire des animaux (conventionnel, exempts d’organismes pathogènes spécifiques...), leur âge et l’isolat de
PCV2 utilisé, peuvent aussi jouer un rôle dans la pathogenèse. Pour pallier le risque de contamination de l’inoculum
par de tels cofacteurs, une stratégie utilisant un clone génomique de PCV2 infectieux a été appliquée. Une première
étude a examiné l’infectiosité d’ADN nu de PCV2 (cloné
en tandem dans un plasmide) injecté directement dans le
foie et les ganglions inguinaux [63]. Seules des lésions peu
sévères à modérées ont été observées chez les porcelets de
4 semaines d’âge, malgré une distribution générale du virus
dans l’organisme. Bien que le rôle du PCV2 comme agent
étiologique de la MAP soit confirmé, l’implication de cofacteur nécessaire pour la manifestation de MAP clinique
chez des porcs infectés par le PCV2 semble importante.
Identification de cofacteurs
Les premiers cofacteurs évoqués par la communauté scientifique ont été viraux ou bactériens. En effet, le virus du
syndrome dysgénésique et respiratoire du porc (SDRP) a
été fréquemment retrouvé, chez 20 à 60 % des animaux
naturellement infectés par la PCV2 et ayant développé la
MAP [64]. Des études de co-infections expérimentales par
le PCV2 et le virus du SDRP ont montré que la gravité de la
maladie et le taux de mortalité étaient accrus chez les
animaux ayant reçu les deux virus [65] et que le PCV2 se
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répliquait plus fortement chez les porcelets doublement
infectés [66]. Une explication possible repose sur l’infection simultanée des macrophages par ces deux virus et
l’activation subséquente de ces cellules par le SDRP qui
stimulerait la réplication du PCV2 [66]. Le parvovirus
(PPV) activerait également la réplication du PCV2 [67].
D’autres agents pathogènes, comme le virus de la grippe
porcine, Mycoplasma hyopneumoniae, Streptococcus suis
et Pasteurella multocida [68], interagiraient aussi en synergie avec le PCV2 pour développer des pathologies plus
sévères. Le rôle des agents co-infectants pourrait être de
stimuler la sécrétion de certaines cytokines qui activeraient
ensuite les cellules cibles du PCV2 ou de provoquer des
dommages cellulaires suivis d’un processus de réparation
qui pourrait aussi activer les cellules cibles du PCV2.
Des cofacteurs non infectieux agissant sur l’immunité des
animaux ont ensuite été envisagés comme promoteurs de
l’infection circovirale dans un organisme. Dans ce cadre,
l’impact d’une immunostimulation générale sur des porcelets infectés par le PCV2 a été évalué. L’injection d’adjuvants, de l’hémocyanine en émulsion dans de l’adjuvant
incomplet de Freund (KLH/ICFA) et du milieu thioglycollate, à des porcelets préalablement infectés par le virus est
suivie de l’apparition de la forme sévère de la maladie [69].
Il en a été conclu que l’activation du système immunitaire
était un facteur déclenchant de la MAP clinique. Afin
d’évaluer uniquement l’impact de cette immunostimulation
générale sur l’évolution clinique de la pathologie, les mêmes immunostimulants ont été injectés après transfection
de porcelets par de l’ADN nu de PCV2 infectieux. L’immunostimulation a eu une influence positive sur la réplication
virale et le développement de la maladie [70]. Dans une
optique identique à la précédente, l’influence sur la pathogenèse d’une immunostimulation plus ciblée a été évaluée
chez des animaux également transfectés par l’ADN de
PCV2. Pour cela, une cytokine produite par les lymphocytes T et B, le GM-CSF, a été choisie. L’immunostimulation
ciblée n’a eu aucun impact sur la réplication virale et
l’expression clinique [71]. En parallèle, l’activation du
système immunitaire par la vaccination a aussi été suspectée d’influencer indirectement l’évolution clinique de la
MAP. Plusieurs vaccins ont été testés mais ces études ont
abouti à des résultats contradictoires [72]. Il semble donc
que l’influence de l’immunostimulation ne soit pas générale pour favoriser l’apparition de la maladie et que le
phénomène étudié soit complexe.
Prévention et contrôle
Des observations réalisées en élevage ont montré le rôle des
conditions zootechniques dans la sévérité de l’expression
de la pathologie. Des modifications zootechniques visant à
réduire la pression d’infection ont alors été proposées [48].
Les mesures insistent sur une amélioration de l’hygiène et
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une réduction du stress à différentes périodes. Leur application a permis une évolution globale favorable dans des
élevages sévèrement touchés.
Une approche vaccinale en termes de prophylaxie a rapidement été envisagée. Depuis 1997, plusieurs brevets relatifs
à la mise au point de vaccins ont été déposés. Des travaux
décrivant deux protocoles de vaccination, reposant l’un sur
l’utilisation d’un vaccin à ADN et l’autre sur un vaccin
sous-unitaire, ont été réalisés [73]. Le premier vaccin de
type génique, comprenant les trois plasmides portant les
gènes Rep et Cap du PCV2 et le gène du GM-CSF, a été
réalisé en deux injections à 15 jours d’intervalle. Il a permis
d’induire une protection efficace chez les porcelets. De
même, le vaccin sous-unitaire, à base de protéines recombinantes (Rep et Cap de PCV2) produites en baculovirus, a
permis d’induire, après addition d’un adjuvant, une réponse
immunitaire dirigée contre le PCV2. Un vaccin à base de
circovirus inactivé par des méthodes conventionnelles a
également conféré une protection des porcelets contre une
infection à PCV2 [74]. Enfin, l’injection en intramusculaire
de clones chimères de PCV1 et PCV2 a induit une immunité protectrice vis-à-vis du PCV2 [75].
Les circoviroses aviaires
Excepté les circovirus porcins, tous les circovirus ont été
identifiés chez des oiseaux. Toutefois, parmi ces circovirus
aviaires, seuls le virus de la maladie du bec et du plumage
des Psittacidae (BFDV) et le circovirus du pigeon (PiCV)
sont associés à des maladies cliniques bien décrites.
Aspects cliniques et lésions
Chez les oiseaux, la pathologie causée par un circovirus la
mieux connue à l’heure actuelle est la maladie du bec et du
plumage des Psittacidae (PBFD). Elle a été décrite dans les
années 1980 chez des perroquets en Australie et ensuite
associée au BFDV [6]. Elle affecte les oiseaux de la famille
des Psittacidae, âgés de moins de 3 ans. Ses symptômes
classiques sont une dystrophie des plumes (nécroses, fractures ou courbures souvent associées à une hémorragie) se
concluant par leur perte progressive et une nécrose du bec.
Les lésions histologiques principales sont détectées au niveau du fourreau et de la pulpe des plumes. Une nécrose
lymphocytaire ainsi qu’une atrophie du thymus et de la
bourse de Fabricius peuvent survenir. Comme pour l’infection par le PCV2 chez le porc, des inclusions intracytoplasmiques, composées de particules virales agrégées, sont
observées dans les macrophages. Bien que des oiseaux
infectés puissent vivre plusieurs années, dans la majorité
des cas, ils meurent après quelques mois et, la plupart du
temps, d’une infection secondaire [23].
L’infection d’un pigeon par le PiCV a été découverte aux
États-Unis en 1993 [76]. La présence du virus a été depuis
rapportée dans de nombreux pays [23]. Le PiCV infecte
également les jeunes pigeons âgés de moins de 1 an. À
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revue
l’instar du PCV2, il provoque un taux de morbidité faible et
un taux de mortalité élevé [77]. Il induit le plus fréquemment une léthargie, une anorexie, une diarrhée, une perte de
poids rapide et une multitude d’autres signes relatifs à des
infections concomitantes. Contrairement à la PBFD,
aucune perte et/ou dystrophie de plumes et aucune déformation du bec n’ont été observées chez des animaux infectés par ce virus. À la nécropsie, la principale lésion macroscopique est une atrophie de la bourse de Fabricius.
Néanmoins, cette caractéristique n’est pas nécessairement
visible chez tous les pigeons infectés. La gravité des lésions
histopathologiques de cet organe va de l’hyperplasie folliculaire à la nécrose lymphoïde. Le virus peut être détecté
par hybridation in situ dans plusieurs organes tels que la
bourse de Fabricius, la rate, le thymus, le rein et le foie. Des
agrégats de particules virales ont été également trouvés
dans des cellules folliculaires de la bourse de Fabricius et
des cellules épithéliales [23].
Diagnostic
La PBFD est diagnostiquée sur la base des altérations du
plumage et de la détection du virus (antigènes ou acides
nucléiques). Une infection par le PiCV est suspectée lorsque l’animal manifeste les signes cliniques caractéristiques
et qu’une atrophie de la bourse de Fabricius est visible à
l’autopsie. La détection du PiCV au niveau de lésions
histopathologiques par hybridation in situ permet de confirmer le diagnostic. Pour les deux pathologies, le diagnostic
est généralement validé par l’observation au microscope
des inclusions intracytoplasmiques [23].
Transmission
La transmission du BFDV serait la voie horizontale, par
contact direct ou indirect entre animaux. Du virus a été
décelé au niveau du bec, du jabot, des sinus, des fientes et
des poussières de plumes. La contamination se ferait par
inhalation ou par ingestion des particules virales [78]. La
contamination verticale est aussi suspectée. Il en est de
même pour le PiCV. La présence de ce dernier dans des
fientes a permis de suggérer que le virus peut se transmettre
par la voie fécale et/ou orale [23].
Reproduction expérimentale
La première reproduction expérimentale de la PBFD a été
conduite en 1987 par inoculation d’homogénats préparés à
partir de plumes d’oiseaux naturellement infectés par le
BFDV [79]. La présence de particules virales dans l’homogénat avait été confirmée par observation au microscope
électronique. Aucun essai de reproduction expérimentale
n’a eu lieu à l’heure actuelle pour les autres circoviroses
aviaires.
Prévention et contrôle
Seule la PBFD a fait l’objet de recherches de moyen de
contrôle et de prophylaxie. L’infection des perroquets en
440
captivité peut être prévenue en limitant leurs contacts avec
des animaux infectés ou avec des environnements contaminés tels que les cages. Une étude a montré que l’injection de
virus inactivé à des femelles induit la production d’anticorps maternels anti-BFDV protégeant temporairement
leur progéniture [80]. Comme le virus n’est pas cultivable
in vitro, la production de virus inactivé pour ce type de
vaccin n’est pas envisageable.
Conclusion
Bien que beaucoup de données moléculaires et épidémiologiques sur les circovirus porcins aient été accumulées ces
dernières années, de nombreuses interrogations persistent.
Quel est le récepteur cellulaire responsable de l’entrée du
virus ? Pourquoi une proportion variable de porcelets infectés par le PCV2 développe-t-elle une MAP clinique ? Quel
processus ou changement a-t-il entraîné l’émergence simultanée de cette maladie dans plusieurs zones géographiques alors que le virus associé est présent depuis au moins
plusieurs décennies dans les élevages ? Les réponses à ces
questions sont fondamentales en termes d’évaluation des
risques sanitaires liés à des populations virales déjà bien
caractérisées et a fortiori à des virus encore inconnus. En
effet, si les circovirus décrits à ce jour ont fait l’objet de
recherches toujours en réponse à des pathologies associées
(sauf le PCV1 découvert par hasard), on peut imaginer que
le monde animal héberge de nombreuses espèces de Circoviridae, qui pourraient émerger soudainement lors d’un
changement de pratiques d’élevage.
Remerciements. Les auteurs remercient tous les membres de
l’unité de génétique virale et de biosécurité (UGVB), de l’unité
d’épidémiologie et du bien-être porcin (UEBEP) et le service
d’expérimentation animale (SPPAE) de l’Afssa Ploufragan, pour
leurs précieux conseils et la relecture du manuscrit.
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