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Mécanismes dadaptation des virus à leur hôte La multiplication des virus impliquent lutilisation des structures de la cellule hôte (parasitisme absolu):

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1 Mécanismes dadaptation des virus à leur hôte La multiplication des virus impliquent lutilisation des structures de la cellule hôte (parasitisme absolu): Liens étroit virus-hôte: adaptation du virus à lhôte adaptation de lhôte au virus

2 Lexemple du VIH Les rétrovirus exploitent spécifiquement les mécanismes cellulaires pour éviter les défenses de la cellule hôte Le VIH = bon modèle => exploite les facteurs cellulaires pour sa réplication => évite les facteurs cellulaires de restriction (facteurs antiviraux). Le VIH est parfaitement adapté pour promouvoir sa réplication.

3 Mécanismes dadaptation du VIH à lHomme I) Echappement du VIH à la réponse immunitaire innée : cytokines et chemokines, cellules NK adaptative réponse CTL réponse humorale II) Restriction au niveau des gènes facteurs dhôtes qui restreignent la réplication du HIV III) Evolution du virus au cours de linfection « Fitness »

4 Dissociation de la gp120 Antigènes cellulaires CD4 co- récepteur Cellule cible gp120 gp41 Virus de lImmunodéficience Humaine p24

5 Model of HDF roles in the HIV life cycle. With the stages of the HIV life cycle as a framework, each HDF was placed at the position most likely to elicit HIV dependency. The function and subcellular location of HDFs were determined with the use of multiple databases (rationale, table S4). Some proteins are in multiple locations to represent more than one possible role in the HIV life cycle. Newly identified HDFs (red or blue, the latter if they inhibited HIV in part two only); previously implicated HDFs detected in the screen (green), or not detected but with a relevant interaction (gray); HIV protein (black): matrix (MA), reverse transcriptase (RT), integrase (IN), envelope (gp41, gp120) (ENV). Unfolded protein response, UPR. (Brass et al., Science, 2008,319, 921.) Facteurs de lhôte impliqués dans la réplication du VIH

6 Cycle de réplication du VIH Facteurs cellulaires qui favorisent la réplication Facteurs cellulaires de restriction

7 Mécanismes dadaptation du VIH à lHomme I) Echappement du VIH à la réponse immunitaire innée : cytokines et chemokines, cellules NK adaptative réponse CTL réponse humorale II) Restriction au niveau des gènes facteurs dhôtes qui restreignent la réplication du HIV III) Evolution du virus au cours de linfection « Fitness »

8 I) Echappement du VIH à la réponse immunitaire innée Cytokines et chemokines, récépteurs et corécepteurs 1) Cytokines : RANTES, MIP1, => empêchent lentrée du VIH dans la cellule 2) Mutation de CCR5 - CCR5 32 (homozygotes, 2% des caucasiens) 3) Radeaux lipidiques - déficient en cholestérol, diminution de lentrée du virus 4) Récepteurs alternatifs (DC-Sign, molécules dadhésion)

9 Fixation au récepteur et au corécepteur

10 I) Echappement du VIH à la réponse immunitaire innée Cytokines et chemokines, récépteurs et corécepteurs 1) Cytokines : RANTES, MIP1, => empêchent lentrée du VIH dans la cellule 2) Mutation de CCR5 - CCR5 32 (homozygotes, 2% des caucasiens) sélection >700 ans par un autre pathogène 3) Radeaux lipidiques - déficient en cholestérol, diminution de lentrée du virus 4) Récepteurs alternatifs (DC-Sign, molécules dadhésion) Permissivité au VIH inter-individu différente

11 I) Echappement du VIH à la réponse immunitaire adaptative Réponse cellulaire CTL restreinte au molécules du CMH 1) La réplication virale varie selon le MHC 2) Mutation : très grande variabilité, erreurs de la RT Mutant déchappement pour les population de même MHC Réponse Humorale Anticorps (séropositif) Anticorps neutralisants: anticorps capables dinhiber linfection in vitro Echappement à la réponse humorale 1) Mutation : très grande variabilité, erreurs de la RT 2) Glycosilation de la gp120 3) gp non fonctionnelle => leurres 4) Masquage des sites

12 Présentation du peptide antigénique au lymphocytes T

13 Effet des CMH sur la progression vers le SIDA Immunodominant epitopes in acute HIV-1 infection HLA class I typeEpitopeProteinSequenceRefs A3RK9p24RLRPGGKKK77 and 34 a34 a KK9p24KIRLRPGGK A11QK10NefQVPLRPMTYK[7] a B7IL9gp120IPRRIRQGL[34] a B8FL8NefFLKEKGGL66 and 7 lk and lk7 lk B14EL9gp41ERYLKDQQL[6] DA9p24DRFYKTLRA B27KK10p24KRWIILGLNK[61] a B4001KL9NefKEKGGLEGL66 and 6262 B51EL9VprEAVRHFPRI[30] B57/B5801TW10p24TSTLQEQIGW[48] a Cw12CC8TatCCFHCQVC[30] a These studies analyzed immunodominance patterns in acute infection using optimal CD8 + T- cell epitopes identified during chronic infection, instead of overlapping peptides spanning HIV- 1 gene products.

14 Effet des CMH sur la progression vers le SIDA

15 I) Echappement du VIH à la réponse immunitaire adaptative Réponse cellulaire CTL restreinte au molécules du CMH 1) Linfection est dépendante du MHC 2) Mutation : très grande variabilité, erreurs de la RT Mutants déchappement pour les populations de même MHC Réponse Humorale Anticorps (séropositif) Anticorps neutralisants: anticorps capables dinhiber linfection in vitro Echappement à la réponse humorale 1) Mutation : très grande variabilité, erreurs de la RT 2) Glycosilation de la gp120 3) gp non fonctionnelle => leurres 4) Masquage des sites

16 D'après Hioe et al CEM-SSlymphocyte stimulées Pourquoi le VIH échappe à la réponse immune? Classe II ICAM-1 ICAM-3 gp160 LFA-1 LFA-2 CD44 LFA-3 CD62L Classe I Cellules productrices: Configuration de la protéine d'enveloppe: Protéines cellulaires: gp41 gp120 V1V2V1V2 V3V3 "Fermée" Liaiso n au CD4 gp41 V1V2V1V2 V3V3 gp120 Liaison au corécepte ur "Ouverte" IPTCLA D'après Sattenta u et al Héparane sulfates

17 The CD4-binding pockets are indicated by black arrows, and the conserved chemokine-receptor- binding regions are in red. Areas shaded in light green indicate the more variable, glycosylated surfaces of the gp120 cores. The approximate locations of the 2G12 epitopes are indicated by blue arrows; those of the V3 loops (yellow) and V4 regions (green) are indicated. The positions of the V5 regions (green) and some complex-carbohydrate addition sites (asparagines 276, 463, 356, 397 and 406) (blue dots) are shown. The approximate locations of the large V1/V2 loops, centred on the known positions of the V1/V2 stems, are indicated (green). Wyatt et al., Nature, 393, 705, 1998 Représentation de la gp 120 trimétrique

18 Représentation de la gp 120

19 Epitopes reconnus par les anticorps neutralisants

20 IgG1b12 Saphire et al., Science, 293, 1155, 2001

21 Calarese et al., Science, 300, 2065, 2003 Paratope de lAc 2F5

22 Calarese et al., Science, 300, 2065, 2003 CD4 : jaune Gp120 : brun Taille de la spicule et des IgG

23 Calarese et al., Science, 300, 2065, 2003 Structure de lAc neutralisant 2G12

24 Mécanismes dadaptation du VIH à lHomme I) Echappement du VIH à la réponse immunitaire innée : nécessite la reconnaissance du virus, signaux intra et inter cellulaires déclenchés après quelques heures adaptative nécessite la reconnaissance du virus (réplicatif pour les CTL), la réponse immune doit jouer dingéniosité pour contrer lattaque par le VIH. Immunité intrinsèque : facteurs de restriction

25 Mécanismes dadaptation du VIH à lHomme I) Echappement du VIH à la réponse immunitaire innée : cytokines et chemokines, cellules NK adaptative réponse CTL réponse humorale II) Restriction au niveau des gènes facteurs dhôtes qui restreignent la réplication du HIV III) Evolution du virus au cours de linfection « Fitness »

26 Cycle de réplication du VIH Facteurs cellulaires qui favorisent la réplication Facteurs cellulaires de restriction

27 Fig. 1. The HIV-1 life cycle. Indicated are host proteins that participate at specific steps of the replication cycle (white), and proteins acting as antiretroviral host factors (black). Cycle de réplication du VIH

28 II) Restriction au niveau des gènes Défense antivirale innée : Facteurs dHôtes qui restreignent la réplication du HIV 1) Lv1 et Ref1: TRIM5 : tripatite motif proline rich se fixe sur la capside du virus (CA) et empêche la transcription inverse 2) Cytidine deaminase block (APOBEC3 family member) Immunité intracellulaire contre les rétrovirus en général 3) Non-coding microRNAs and RNA-Silencing 4) Tetherin et vpu

29 II) Restriction au niveau des gènes Défense antivirale innée : Facteurs dHôtes qui restreignent la réplication du HIV 1) Lv1 et Ref1: TRIM5 : tripatite motif proline rich se fixe sur la capside du virus (CA) et empêche la transcription inverse 2) Cytidine deaminase block (APOBEC3 family member) Immunité intracellulaire contre les rétrovirus en général 3) Non-coding microRNAs and RNA-Silencing 4) Tetherin et vpu

30 II) Restriction au niveau des gènes Facteurs de restriction selon lespèce Fv1: Friend virus succeptibility (Fv) limite linfection de MLV chez certaines souris (1960) Ref1: (restiction factor 1) limite linfection de MLV (2000) et de SIV chez lhomme Lv1: Lentivirus succeptibility factor 1 limite linfection du VIH aux hommes et la restreint dans les primates non humains (2002)

31 II) Restriction au niveau des gènes Facteurs de restriction selon lespèce Découverte de la protéine TRIM5 chez le macaque (2004)

32 II) Restriction au niveau des gènes Facteurs dHôtes qui restreignent la réplication du HIV 1) Facteur de restriction TRIM5 : tripatite motif proline rich TRIM5 hu (Ref1) inhibe N-MLV, EIAV TRIM5 agm inhibe HIV, SIVmac, N-MLV, EIAV TRIM5 rh inhibe SIVagm, N-MLV TRIM-Cyp Owl monkey insertion de Cyclophiline A dans TRIM5 Fonction générale de défense contre les rétrovirus Etude du mécanisme en cours: facteur cellulaire dominant et saturable, se fixe sur la capside du virus (CA) et entre en compétition avec CypA et empêche la transcription inverse + interaction polyvalentes qui empêchent le « trafficking » et lassemblage ? Variants de TRIM5 degrés de susceptibilité Autres TRIM?, autres facteurs cellulaires ? Protection de linfection virale entre espèces

33 Inhibition de la réplication des rétroviruses par TRIM5

34 A putative mechanism for restriction of retroviruses by TRIM5 α. (Panel A) TRIM5 α is autoubiquitinylated in a RING dependent way and rapidly turned over by the proteasome [47]. If it encounters incoming sensitive retroviral cores then they too are recruited to the proteasome and destroyed, before the virus has the opportunity for significant reverse transcription. (Panel B) If the virus/TRIM5 α complex is protected from destruction, by inhibiting the proteasome, then the virus can reverse transcribe [48, 49]. Infectivity is not rescued however, indicating that the virus/TRIM5 α complex is uninfectious. How TRIM5 renders the virus uninfectious remains unclear.

35 Inhibition de la réplication des rétroviruses par TRIM5 (Owl Monkeys) CypA est nécessaire à la restriction A putative mechanism for activity of CypA on HIV-1 infectivity in cells from Old World monkeys. HIV-1 recruits CypA to around 10% of its capsid monomers in newly assembled cores [52, 53]. When the core enters the cytoplasm of a target cell it recruits more CypA, which efficiently catalyses cis/trans isomerisation of the peptide bond at CA G89-P90 [42, 57]. This activity replenishes the cis conformation CA as it is recruited into the restricted complex with TRIM5 α. If CypA activity is reduced in target cells, using CypA specific siRNA or by inhibiting CypA activity with CSA, then the OWM TRIM5 α cannot interact with the CA, which is mostly in the trans conformation, and infectivity is rescued [59-61]. The isomerisation at CA G89-P90 is represented by squares (trans) changing to circles (cis) on the surface of the capsid. Towers Retrovirology :40 doi: /

36 Facteurs de restriction multiples (multi-thérapie)

37 II) Restriction au niveau des gènes Défense antivirale innée : Facteurs dHôtes qui restreignent la réplication du HIV 1) Lv1 et Ref1: TRIM5 : tripatite motif proline rich se fixe sur la capside du virus (CA) et empêche la transcription inverse 2) Cytidine deaminase block (APOBEC3 family member) Immunité intracellulaire contre les rétrovirus en général 3) Non-coding microRNAs and RNA-Silencing 4) Tetherin et vpu

38 II) Restriction au niveau des gènes Facteurs dHôtes qui restreignent la réplication du HIV 2) Cytidine deaminase block (APOBEC3 family member) Immunité intracellulaire contre les rétrovirus en général APOBEC3G inhibe HIV, SIV, EIAV, HBV APOBEC3F inhibe HIV, SIV, HBV APOBEC3B inhibe SIV APOBEC3C inhibe SIV Mécanisme Est incorporée dans la particule virale, conduit à des cytidines desamination (modification de C en U dans le génome proviral (ADN simple brin), qui conduit à des modification de G en A). Le génome viral est hypermuté, conduit à des codons stops. APOBEC3 : système de défense pour les virus ou lADN est cytoplasmique.

39 Mécanisme dinhibition d APOBEC3 par la protéine Vif Figure 1. The human APOBEC family of proteins. (a) Domain organization of human APOBEC proteins. Red shading indicates the cytidine deaminase motifs in each protein; the consensus amino acid sequence is shown below. (b) The cytidine deamination reaction catalysed by APOBEC enzymes. In this process, cytidine is converted to uridine by the addition of water and the removal of an amine group.

40 Mécanisme dinhibition d APOBEC3 par la protéine Vif

41 La protéine Vif interfère avec lactivité inhibitrice de APOBEC3

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44 II) Restriction au niveau des gènes Défense antivirale innée : Facteurs dHôtes qui restreignent la réplication du HIV 1) Lv1 et Ref1: TRIM5 : tripatite motif proline rich se fixe sur la capside du virus (CA) et empêche la transcription inverse 2) Cytidine deaminase block (APOBEC3 family member) Immunité intracellulaire contre les rétrovirus en général 3) Non-coding microRNAs and RNA-Silencing 4) Tetherin et vpu

45 II) Restriction au niveau des gènes 3) Non-coding microRNAs et RNA-silencing 2% génome humain code pour des protéines et 70% pour des non-coding RNAs (ncRNA) Restriction de virus par des ncRNA bcp de miRNA qui ciblent différents virus RNAi qui interfère avec des RNA viraux

46 II) Restriction au niveau des gènes Examples of RNA silencing suppressors encoded by several viruses. Virus Viral SuppressorsReferences AdenovirusVA RNALu 2004 [199]; Andersson 2005 [200]; Xu 2007 [201] HCVCore proteinChen 2008 [202]; Wang 2006 [203] EbolaVP35 proteinHaasnoot 2007 [184]184 Influenza A virusNS1 proteinLi 2004 ; Delgadillo 2004 ; Bucher 2004; Haasnoot 2007 de Vries 2009 Nodamura VirusNoV B2 proteinSullivan 2005 [207]207 HIVTat protein, TAR RNABennasser 2005 ; Haasnoot 2007 Bennasser 2006 Qian 2008 Strebel et al. BMC Medicine :48 doi: /

47 II) Restriction au niveau des gènes Schematic representations of roles played by small non-coding RNAs in HIV-1 replication. Integrated HIV-1 provirus is transcribed into viral RNA which can be targeted by cellular miRNAs. HIV-1 transcripts can also be processed into small ncRNAs that could function in cellular RNAi pathway(s). The viral trans-activation responsive TAR RNA has been reported to be processed into a viral miRNA which could act to modulate the expression of cellular mRNAs. Strebel et al. BMC Medicine :48 doi: /

48 II) Restriction au niveau des gènes Défense antivirale innée : Facteurs dHôtes qui restreignent la réplication du HIV PML (promyelocytic Leukemia Protein): Interfère sur létape de transport de lADN dans le noyau ? PML intervient dans lexpression de gènes, le cycle cellulaire, la différentiation, lapoptose. Fait partie du CPI (complexe de pré- intégration) qui fait intervenir différentes protéines cellulaire. => rôle et mécanisme dinhibition? Murr1 (gène impliqué dans la régulation du Cuivre) inhibe la réplication du virus (facilite sa dégradation dans le protéasome) dans les cellules non stimulées.

49 II) Restriction au niveau des gènes Assemblage Fixation CA/CyPA, radeaux lipidiques Bourgeonnement MVB: multi-vesicular body; ESCRT : endosomal sorting complex required for transport I, II, et III; AIP1 : apoptosis-linked gene 2) interacting protein1

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51 Fig. 1. The HIV-1 life cycle. Indicated are host proteins that participate at specific steps of the replication cycle (white), and proteins acting as antiretroviral host factors (black). Cycle de réplication du VIH

52 II) Restriction au niveau des gènes Défense antivirale innée : Facteurs dHôtes qui restreignent la réplication du HIV 1) Lv1 et Ref1: TRIM5 : tripatite motif proline rich se fixe sur la capside du virus (CA) et empêche la transcription inverse 2) Cytidine deaminase block (APOBEC3 family member) Immunité intracellulaire contre les rétrovirus en général 3) Non-coding microRNAs and RNA-Silencing 4) Tetherin et vpu

53 Role de vpu et Tetherin (BST-2): Facteur de restriction??? Fig. 3. Effects of HIV-1 Vpu on virion release and on localization of Gag and Env in Vpu-dependent cells. Gag is initially targeted to the plasma membrane. In the absence of Vpu, Gag is internalized and accumulated into CD63+ endosomes. While Env has been known to be internalized rapidly from the plasma membrane by clathrin adaptor AP-2-mediated endocytosis, accumulation of Env within clathrin-coated endosomes seems to occur more extensively in the absence of Vpu. Vpu-deficient HIV-1 virions are tethered on the cell surface and such virions, then, are internalized and accumulated in CD63+ endosomes. Tetherin specifically inhibits HIV-1 virion release in the absence of Vpu. It also induces the internalization of Gag by endocytosis. It appears to be responsible for tethering virions at the cell surface and for internalizing virions into intracellular compartments. Tetherin (CD317) has been shown to shuttle between the trans-golgi network and cell surface by clathrin-mediated endocytosis through interaction of its cytoplasmic tail with AP-2 adaptor. It is possible that tetherin-mediated endocytosis involved in internalization of Vpu-deficient nascent HIV-1 virions is clathrin-dependent. Tetherin (BST-2)empêche le relargage du virus mais pas le transfert cellule à cellule

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55 Mécanismes dadaptation du VIH à lHomme II) Restriction au niveau des gènes Multiples facteurs qui restreignent la réplication du HIV, de nouveaux à découvrir évolution vers une « multi-thérapie » pour échapper aux mutations virales III) Evolution du virus au cours de linfection « Fitness »

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57 Mécanismes dadaptation du VIH à lHomme III) Evolution du virus -Le VIH usurpe les facteurs cellulaires et dévient les facteurs de restriction pour promouvoir sa réplication. -Tous ces facteurs modulent la susceptibilité du VIH à linfection, et influencent la capacité de VIH à répliquer dans un individu (variabilité inter-individus, inter espèces). -Le VIH mute, échappe, sadapte pour éviter les pressions de lhôte. émergence de nouveau virus adapté à lhôte; sélection de population de VIH => « Fitness » Adaptation de lhôte au VIH (population VIH résistante dans des centaines dannées!)

58 En attendant Protégez-vous !


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