Virus oncogène
publicité
UE : Microbiologie Médicale (M1,S2) Interactions moléculaires et cellulaires hôte-pathogène Effet des virus sur la biologie de la cellule Dr Catherine Schuster, CR1 INSERM U748 :Interactions virus-hôte et maladies hépatiques Institut de virologie, Strasbourg Quelques définitions... Virus : Un virus est une « particule » contenant du matériel génétique. • Très petite taille (20 à 300 nm) visibles qu’en microscopie électronique • Contient un seul type d’acide nucléique (ARN ou ADN) • Parasite intracellulaire strict, il ne possède ni système de traduction, ni système de production d’énergie Classification des virus Capside Des virus nus Acide nucléique Des virus enveloppés Glycoprotéines d’enveloppe Enveloppe lipidique On appellera virion : la particule infectieuse 20-300 nm Classification des virus : Virus à ADN Poxvirus Papovavirus Herpesvirus Hépatite B Parvovirus Adénovirus Classification des virus : Virus à ARN Filovirus Orthomyxovirus (grippe) Picornavirus (poliomyélite) Paramyxovirus (RSV, rougeole oreillons) Réovirus Arénavirus Rhabdovirus Bunyavirus (Rage) Retrovirus Coronavirus Calicivirus (HIV) (SARS) Togavirus Quelques définitions ... Il existe • des virus animaux • des virus végétaux • des virus bactériens Ce sont des parasites intracellulaires stricts, ne peuvent se multiplier sans leur hôte approprié et à partir duquel ils se propagent Quelques définitions ... Hôte : organisme (humain, aviaire, plante, bactérie), organe (foie, rein ...) cellule cible (hépatocytes, cellules nerveuses, cellules immunitaires) Quelques définitions ... Pathogène : Ayant des conséquences néfastes sur l’hôte qui définissent la maladie (organisme) Interaction virus-hôte : Effet du virus sur la biologie de la cellule Devenir de l’infection virale Virus INFECTION Cellule abortive lytique oncogénique Transformation persistante latente Schéma simplifié du cycle viral 1. Fixation 5. Synthèse des protéines virales 2. Entrée ARN 6. Néosynthèse de génomes 3. Décapsidation ADN 4. transcription 7. Encapsidation 8. Sortie Effets des virus sur la cellule 1. Perturbation de la surface cellulaire 4. Détournement de la traduction 2. Perturbation du trafic intracellulaire 3.Transformation cellulaire 5. Induction des mécanismes de défense 6. Perturbation des mécanismes de défense Plan du cours Généralités 1. Effets applicables à la majorité des virus 1.1. Entrée du virus 1.2. La réponse innée 1.3. Altérations du cytosquelette 1.4. Modification du trafic intracellulaire 1.5. Effets sur la traduction 1.6. Effets sur l’apoptose 1.7. Les viroporines 2. Effets spécifiques à certaines virus 2.1. Oncogénèse virale : Papilloma virus 2.2. Latence virale : Herpes virus 2.3. Persistance virale : HCV et HIV Effet des virus sur la biologie de la cellule Deux types de cellules sont à considérer 1. La cellule hôte, cellule cible, siège de la multiplication virale (Différentes voies, différents effets,…) 2. La cellule du système immunitaire, siège de la lutte anti-virale 1.1. Entrée des virus dans la cellule L’entrée du virus dans la cellule peut se faire - par endocytose suivie de fusion au niveau de l’endosome c’est le cas des orthomyxovirus comme le virus influenza responsable de la grippe mais également des virus non enveloppé comme les picornavirus responsable de la polio. ou - par fusion à la membrane plasmique cas du HIV mais également des paramyxovirus comme le virus de la rougeole ou des oreillons Entrée du virus par endocytose : virus influenza Acide neuraminidique Trimère d’hémagglutinine 1. 2. 3. 4. 5. 1. 2. 3. 4. Liaison Endocytose Changement de conformation pH-dépendant : insertion Rapprochement des membranes : fusion Libération du virus 5. Entrée par endocytose clathrine-dépendante : VHC Entrée par fusion à la membrane : HIV 1.2. La réponse innée : la réponse interféron Infection virale Virus produits Infection abortive IRP : Interferon regulated proteins IRF3, IRF7 β,α α:: leucocytes β : fibroblasts β,α 2,4,5,6,8 IFN IFN β,α Jak/STAT IRF Cellule infectée Cellule traitée Production d’interféron Action de l’interféron Actions antivirales de l’interféron IFN IFN dsRNA ssRNA Proteine kinase PKR Active (associée au ribosome) Facteur d’initiation eIFeIF-2α IFN Oligoadénylate Adénosine Autres protéines synthase OAS Désaminase ADAR1 GTPase Mx Proteine kinase PKR inactive IFN Facteur d’initiation eIFeIF-2α P inactive Oligoadénylate synthase OAS active ATP AMP 2’,5’2’,5’-Oligo Acide adénylic RNase L inactive Inhibition de la traduction des messagers Editing RNase L active Dégradation de l’ARN GTP GDP R.I. : Activation de la voie des récepteurs Toll-like 1.3. Transport dans la cellule Le virus une fois libéré dans le cytoplasme devra rejoindre son compartiment de réplication : - Cytoplasme pour les virus à ARN simple brin - Noyau pour les virus à ADN et les rétrovirus Utilisation des voies de déplacements dynamiques formés par le cytosquelette d’actine Transport par le réseau microtubulaire HSV-1 Virus rabique ASFV HSV-1 MuLV, HIV, SIV (Gag) Vaccine Altérations viro-induites de la polymérisation de l’actine Décompactage des fibres d'actine par la nucléocapside rabique dans des neuroblastomes murins infectés Altération de la polymérisation de l'actine après infection par le cytomégalovirus Altérations viro-induites du cytosquelette par la vaccine Image en microscopie à fluorescence (Ploubidou & Way,2001) a- Microtubule de cellules non infectées b- Actine de cellules non infectées c- Microtubule de cellules infectées par le virus de la Vaccine d- Actine de cellules infectées par le virus de la vaccine 1.4. Perturbation du trafic intracellulaire Les virus à ARNs se répliquent dans le cytoplasme ce qui requière certaines protéines cellulaires (La, RNP,…) impliquées dans le métabolisme des ARN cellulaires (stabilité, conformation,…) Pour forcer la distribution cellulaire de ces protéines et les confiner dans le cytoplasme ces virus inhibent leur retour dans le noyau. Structure du pore nucléaire Effet du poliovirus sur le trafic cytoplasme-noyau Inhibition de la voie d’import classique D’après Gustin et Sarnow 2001 Dégradation de nup 153 et p62 du pore nucléaire D’après Gustin et Sarnow 2001 1.5. Effet sur la traduction cellulaire Lors de l’infection de la cellule le virus va détourner la synthèse protéique à son profit on observe un phénomène de « translational shut down ». Afin de préserver leur traduction propre les virus ont mis au point différents stratagèmes L’inhibition de la traduction cellulaire sera plus ou moins efficace selon la forme de l’infection virale Pour les virus lytiques le détournement sera brutal et très efficace, c’est le cas des virus de la grippe humaine, le virus de la vaccine, de la rougeole, de la polyomyélite. Ce sont souvent des virus non enveloppés. Initiation de la traduction chez les eucaryotes AAAAAAAAA PABP 4E 4G AUG 4A eIF2 1 3 1A 5 La régulation de la traduction chez les eucaryotes fait intervenir de nombreux facteurs cellulaires. La circularisation de l’ARNm et une interaction directe entre la PABP et le facteur de traduction 4G sont indispensables à un recyclage efficace du ribosome. Inhibition de l’initiation de la traduction par… AAAAAAAAA PABP 4E 4G 4A 1 3 eIF2 1A 5 AUG Hypophosphorylation des eIF4E-BP, ce qui induit la séquestration des facteurs eIF-4E et empêche la formation du complexe eIF-4E/4G ( EMCV et VSV) Clivage des facteurs de traduction par des protéases virales : PABP par la protéase 3C du poliovirus empêche la liaison avec le eIF-4B eIF4A1 par la protéase 3C du FMDV eIF4G par la protéase 2C du poliovirus Dans le cas des virus de plantes Spécificité de la traduction virale Certains virus ont élaboré un système de traduction qui leur est spécifique et qui leur permet de s’affranchir de la plupart des facteurs de traduction cellulaire. Traduction coiffe-indépendante Présence dans l’ARN viral d’un site d’initiation interne de la traduction ou IRES. L’ARN viral est structuré de manière à être reconnue par le ribosome et à le placer en face l’AUG initiateur. VHC Ce type de traduction est souvent plus efficace que la traduction coiffe-dépendante Exemple d’adaptation : la traduction du poliovirus AAAAAAAAA PABP 4E Protéase 2C 4G 4A 1 3 5 eIF2 1A AUG AAAAAAAAA PABP 4G 4E tronqué IRES AUG 4A 1 3 5 eIF2 1A AUG L’élongation de la traduction chez les eucaryotes Inhibition de l’élongation par phosphorylation de eEF2 INFECTION dsRNA PKR latente Dimérisation de PKR = Activation Cellule cible noyau eIF2α phosphorylée Apoptose Inhibition de la synthèse protéique cellulaire 1.6. Inhibition de l’apoptose par des facteurs viraux Baculovirus : p35 est un inhibiteur de la famille des caspases Cowpox virus : CrmA (caspase) bloque l’apoptose induite par TNF ou Fas Herpes virus : Flice inhibitory proteins ont une action anti-apoptotique Adénovirus humain : la protéine E3-14x7 K inhibe la voie TNF-α et Fas et protège de la réponse antivirale Poliovirus : la protéine 3C clive la PKR HIV : la protéine Tat baisse les taux de PKR Epstein-Barr virus et Hepatitis delta virus séquestrent la PKR ou empêchent sa dimérisation HTLV-1 interfère avec le programme de suicide des cellules T pour prolonger la vie de l’hôte 1.7. Les viroporines -Petites protéines virales membranaires (60-120 aa) contenant un ou deux passages transmembranaires (TM). -Oligomérise (4-6 unités) pour former un pore hydophile à la surface des cellules infectées. -Ces canaux (ioniques) favorisent la perméabilisation de la membrane, importante dans la maturation ou la production des virus. -C’est une classe de protéines en pleine expansion. Elles offrent une cible thérapeutique attractive pour le développement d’inhibiteurs. - Les plus étudiées jusqu’à présent sont : -M2 de influenza A - Vpu de HIV1 - poliovirus 2B - alphavirus 6K. - p7 de HCV Devenir de l’infection virale INFECTION Virus Cellule abortive lytique oncogénique Transformation persistante latente 2.1. Oncogenèse virale Virus oncogène Virus induisant la formation de tumeurs chez l'homme ou l'animal. Virus transformant Virus induisant une transformation des cellules infectées in vitro. Perte de caractéristiques comme l’inhibition de contact, immortalité, … Chez l’homme, 15% des tumeurs sont le fait d'étiologies virales, dont 80% sont dues aux seuls virus HPV et HBV. Exemples de virus oncogènes Groupe taxonimique Exemple Mode d'infection, quand celle-ci est tranformante Pouvoir oncogène naturel Virus à ARN Rétrovirus ALV RSV HTLV-I chronique chronique chronique leucémie aviaire sarcome aviaire leucémie T de l'adulte Flavivirus VHC chronique hépatocarcinome Deltavirus VHD chronique discutable- en association avec VHB papillomavirus HPV 16/18 restrictive ou abortive papillomes - carcinomes -polyomavirus SV40 abortive non Adénovirus Ad12 humain abortive non Herpesvirus EBV HHV8 CMV latente latente hit and run ? lymphome / carcinome Kaposi / lymphome non prouvé Hepdnavirus VHB chronique hépatocarcinomes Virus Fibrome Shope Chronique ? fibromes Virus à ADN Papovavirus Poxvirus Les rétrovirus oncogènes rapides (RSV) Caractéristiques des rétrovirus oncogènes rapides -Virus oncogène et transformant -Courte période d'incubation avant apparition de la tumeur -Taux élevé de tumorigénèse chez l'animal et de transformation in-vitro -Tumeurs polyclonales -Site d'insertion aléatoire du provirus dans l'ADN cellulaire -Les fonctions de transformation sont portées par le virus et indépendantes des fonctions de réplication -Les virus portent un oncogène d'origine cellulaire -La capture d'un proto-oncogène cellulaire se fait le plus souvent au détriment des fonctions de réplication. Caractéristique des rétrovirus oncogènes lents (ALV) -Virus oncogène, mais peu transformant -Faible taux de tumorigénèse chez l'animal -Les Tumeurs sont clonales -Le site d'insertion du provirus est spécifique dans l'ADN cellulaire - Oncogénèse par mutation insertionnelle -L' Oncogénèse est compatible avec la réplication virale Cas du « human papilloma virus (HPV) » Les papilloma virus humains sont responsable de tumeurs épithéliales et de verrues. Ils sont la cause principale du cancer de l’utérus qui est le second cancer féminin le plus répandu dans le monde. Contrôle immunitaire faible Persistence du DNA viral HPV « high risk » Type 16, 18 Néoplasie intraépithéliale de l’utérus Infection HPV de l’utérus Contrôle Intracellulaire et réponse immunitaire HPV « low risk » Type 6,11 Verrues bénignes Co-facteurs environnementaux et cellulaires Régression Carcinome utérin invasif La protéine E6 de HPV et ses interactants cellulaires - La protéine E6 est la principale protéine oncogène de HPV. - Elle immortalise des cellules in vitro et en association avec E7 conduit à la transformation cellulaire in vivo. - Elle contient deux structures en doigt à zinc Interactants cellulaires répertoriées et effets sur la biologie cellulaire - p53, BAK, E6AP - p300/CBP, PKN - Paxilline - IRF3 - Tyk2 - hTERT - VEGF - c-myc, TGF- b Destruction de p53 par liaison avec E6AP Baisse de la transcription cellulaire Inhibition de la synthèse de cytokines Perturbe le cytosquelette d’actine et l’adhésion des cellules Répression de la synthèse des cytokines Inhibition de la voie INF-a Jak-STAT Immortalisation Angiogénèse Prolifération La protéine E7 de HPV et ses interactants cellulaires - petite protéine de 98 aminoacides - contient une structure en doigt à Zinc Interactants cellulaires répertoriées et effets sur la biologie cellulaire - pRb, p107, p130 - TATA binding protein (TBP) - HDAC TAF110Mi2b - AP1, IRF1 - actine - p21, p27Kip1 - M2PK - a-glucosidase Destruction du complexe EF2 Baisse de la transcription cellulaire Dérégulation de la transcription Activation de gènes Cytosquelette Dérégulation du cycle cellulaire Inhibe l’apoptose Perturbation du métabolisme du Effet « prolifératif » des protéines E6 et E7 Les protéines virales E6 et E7 sont responsable du déclenchement de l'oncogénèse par interaction - pour E6 avec le produit de gène(cellulaire)supresseur de tumeurs P53 - pour E7 interagit avec le produit de gène (cellulaire) supresseur de tumeurs pRb. +++ Dérégulation de la transition G1/S : prolifération Devenir de l’infection virale INFECTION Virus Cellule abortive lytique oncogénique Transformation persistante latente 2.2. Latence virale • Le virus persiste à vie dans l’organisme • Aucune production de virions • Synthèse de quelques protéines ou ARNs viraux permettant le verrouillage • Aucun symptôme même à très long terme • Le cycle réplicatif peut être réactivé (immuno-déprimés, stress…) La famille des herpès virus Les herpès virus sont des virus à ADN possédant de très grands génomes. Chez l’homme, les plus connus sont : - les virus herpès simplex (HSV) 1 et 2 responsables des herpès labiaux et génitaux (100% à 40 ans) - le virus de la varicelle-zona (VZV) qui est responsable de la varicelle et du zona (80%) - le virus d’Epstein-Barr (EBV) (ubiquitaire) responsable de la mononucléose infectieuse mais aussi de lymphomes et de cancers - le cytomégalovirus (CMV) (ubiquitaire) Exemple : herpès simplex (HSV) 152.000 paires de bases 100 transcripts et 70 ORFs Deux types d’infection HSV co-existent Infection latente Ganglions Infection productive Neurones sensitifs Voies de réplication et de latence du HSV Infection aigüe, latence ou transformation : le virus d’Epstein-Barr Le virus d’Epstein Barr, souvent asymptomatique est responsable lors de l’infection aigüe de la mononucléose infectieuse, et sous forme maligne de lymphome de Burkitt et de cancer du nasopharynx. Ce virus est ubiquitaire et persiste à vie dans l’individu infecté. Son récepteur est le récepteur de. la molécule C3d du complément présent sur les cellules lymphocytaires B et les cellules épithéliales de la bouche et du nasopharynx Virus à ADN double brin circulaire (170.000 paires de bases). A l’état latent le génome est maintenu sous forme d’épisome, fixé à la membrane nucléaire, Etablissement de la latence Esters de phorbol Production de virus Lignée non productrice de virus Le virus immortalise les cellules sans s’exprimer Profils d’expression latence/lyse Protéines assurant la persistance du génome virale au cours de la latence Protéines oncogènes Petits ARNs Latence non maligne - Transformation des cellules B: immortalisation - Expression des 9 protéines virales et des EBER - Présents chez tous les sujets séropositifs - Ne conduit pas à une tumeur Mécanisme -Le virus provoque chez les LB infectés une différenciation vers les LB mémoires: ces cellules sont en arrêt de réplication, ce qui permet au virus d'exprimer sa persistance tout en ne se multipliant pas. -Environ 5 à 10 cellules LB mémoires sur 1 million sont infectées par le virus EBV Latence maligne - EBV est le co-facteur de l’oncogénèse - Modification du génome cellulaire - Prolifération cellulaire incontrôlée - Expression de EBNA1 Lymphome de Burkitt Tumeur maxillaire chez le jeune enfant Restreinte à l’Afrique équatoriale Région endémique pour le paludisme Cancer du nasopharynx Régions de Chine du sud–est Facteurs génétiques et alimentaires Devenir de l’infection virale INFECTION Virus Cellule abortive lytique oncogénique Transformation persistante latente 2.3. Persistance virale Une infection persistante est une infection qui persiste à bas bruit dans l’organisme infecté, il y a production de virus en continu mais en moindre quantité. Durant des temps très longs (plusieurs années) le virus ne provoquera aucun symptôme (phase asymptomatique). Le virus se transmet en continu. Ces virus ont développé des mécanismes leur permettant d’échapper au système immunitaire de l’hôte et de détourner la cellule à leur avantage. Deux virus à ARN sont actuellement très étudiés dans le monde car ils posent des problèmes cruciaux en santé publique : Le virus de l’Hépatite C responsable d’affections hépatiques et de cancer du foie et le virus VIH responsable du SIDA Evolution de l’infection persistante Aspects viro-immunologiques Aspects diagnostics Mécanismes de la persistance virale : Echappement au système immunitaire Inhibition de la réponse humorale - Infidélité de l’ARN polymérase apparition de quasi espèces - non reconnu par les anticorps neutralisants ou non liaison au CMH - Inhibition des composés solubles du complément par la gp120-gp41 Interférence avec la voie interféron - blocage de la PKR - Inhibition de la voie de dégradation des ARNs par la RNAse L Sécrétion de cytokines virales Tat de HIV Mécanismes spécifiques de la persistance virale : VIH Interférence avec les fonctions du CMH MHC de classe I : les protéines Nef et Vpu provoquent la dérégulation du CD4 et sa dégradation par le protéasome MHC de classe II : la protéine Nef interfère avec la maturation du CMH de classe II Empêche la maturation des cellules présentatrices d’antigènes Mécanismes spécifiques de la persistance virale : VHC Inhibition des voies de défenses cellulaires La protéine NS5A et la protéine E2 séquestrent la PKR : inhibition de l’apoptose La protéase N3/4 - protéolyse de la protéine cellulaire TRIF impliquée dans la voie de réponse des interférons - Interagit avec CARDIF une nouvelle protéine impliquée dans la voie antivirale RIG-1 Conclusion 1. Perturbation de la surface cellulaire 4. Détournement de la traduction 2. Perturbation du trafic intracellulaire 3.Transformation cellulaire 5. Induction des mécanismes de défense 6. Perturbation des mécanismes de défense Conclusion INFECTION Virus Cellule abortive lytique oncogénique Transformation persistante latente
