Philippe Van de Perre INSERM U 1058 Université Montpellier 1 France Virus de l'immunodéficience humaine (VIH): aspects virologiques, origine et diversité Philippe Van de Perre INSERM U 1058 Université Montpellier 1 France

Au terme de ce cours, vous serez capables de … Caractériser la biologie des rétrovirus Décrire le cycle réplicatif du VIH Caractériser les causes et les conséquences de la variabilité du VIH Définir l’origine zoonotique du VIH

Quelques repères chronologiques 1981: "Epidémie" d'immunodéficience chez des homosexuels aux USA (pneumocystose, Kaposi) et en Europe 1983: Isolement d'un rétrovirus dans les ganglions d'un patient atteint de lymphadénopathie ("pré-SIDA") à l'IP LAV 1984: HTLV-III aux USA 1985: Tests sérologiques. Criblage des dons de sang 1986: Isolement d'un deuxième virus à l'IP: LAV-2 Dénomination HIV (VIH)  HIV-1, HIV-2

Quelques repères chronologiques 1987: Utilisation de la zidovudine (AZT), premier anti-rétroviral cliniquement efficace 1990: développement de la numération des lymphocytes CD4+ par cytométrie en flux 1995: Tests de charge virale (ARN plasmatique) commercialisés 1996: Inhibiteurs de protéase: trithérapies 1999: Développement des tests génotypiques de résistance (séquençage)

Les rétrovirus

Les rétrovirus Virus à ARN dont le cycle de réplication passe par la synthèse d'un ADN complémentaire qui s'intègre dans le génome cellulaire: provirus ARN génomique transcrit en ADN par la transcriptase inverse [reverse transcriptase (RT)]

Rétrovirus: transcription inverse

Les rétrovirus Le génome viral comporte 3 gènes essentiels: gag : code pour les protéines de capside pol : code pour les enzymes intervenant dans la replication: RT, RNaseH, protéase env : code pour les glycoprotéines d'enveloppe Séquences répétées [long terminal repeat, (LTR)] aux extrémités du génome, intervenant dans l'intégration du provirus et l'expression des gènes viraux.

Les rétrovirus: classification Famille des Retroviridae 2 sous familles Orthoretrovirinae Alpharetrovirus Betaretrovirus Gammaretrovirus Deltaretrovirus Epsilonretrovirus Lentivirus Spumaretrovirinae Spumavirus Genres

Les rétrovirus Oncovirus: (Alpha, beta, gamma, delta et epsilonretrovirus) Virus oncogènes: leucémies et sarcomes chez l'animal. V. du sarcome de Rous, V. de la tumeur mammaire de la souris, V. de la leucémie féline etc… Virus humains: HTLV I, HTLV II (deltarétrovirus) Lentivirus Virus responsables d'infections d'évolution lente Virus animaux: singes (SIV), chat (FIV), ovins, caprins… Virus humains: HIV-1, HIV-2 Spumavirus Non pathogènes

Le VIH-1 : un rétrovirus 11

VIH: Structure

VIH: Génome

VIH: Cycle de réplication                                                                                             VIH: Cycle de réplication

VIH: Cycle de réplication et tropisme Infection des cellules portant le récepteur CD4+ et les co-récepteurs CCR5 ou CXCR4 Lymphocytes T CD4+ (Helper) Monocytes/macrophages

Les différentes étapes déclenchant la fusion Attachement cellulaire non spécifique Fixation au récepteur CD4 Initiation de la modification conformationnelle de l’enveloppe Fixation au corécepteur Fin de la modification conformationnelle de l’enveloppe Formation d’une structure en épingle à cheveux, hélicoïdale avec rapprochement des membranes Initiation de la fusion des membranes lipidiques Cellule cible Corécepteur CD4 gp120 gp41 Virus CROI 2003 - D’après E. Hunter, Birmingham, abstract 118, actualisé

Inhibiteurs d’entrée attachement

Inhibiteurs de la TI transcription inverse

Inhibiteurs de l’intégrase intégration

Inhibiteurs de la protéase assemblage

Inhibiteurs de maturation

VIH: Variabilité génétique Dynamique de réplication virale très rapide (1010 virions/j) Génome: <104 nucléotides Erreurs non corrigées de la RT: ~1 mutation par génome par virion nouvellement répliqué Toutes les mutations possibles produites tous les jours

VIH: Variabilité génétique Recombinaison RT Provirus

Divergence génomique du VIH Variation intra-individuelle < 5% QUASI-ESPECE 5-30% SOUS-TYPE Variation inter-individuelle 30-50% GROUPE > 50% TYPE

Classification du VIH-1 Groupes M, N, O, P Sous-types A, B, C, D, F, G, H, J, K sous-sous-types A- A2, F1- F2, B- D Formes recombinantes Circulantes (CRFs) (Recombinants uniques) 0.1 F1 F2 K B D C H A CRF02-AG CRF01-AE G J Groupe N SIVcpzUS SIVCPZGAB Groupe O SIVCPZANT Groupe M

CRF02 A/G CRF06 cpx CRF01 A/E CRF03 A/B CRF04 cpx CRF05 D/F CRF08-BC LTR rev gag pol vif vpr tat/rev vpu env tat nef CRF05 D/F CRF08-BC CRF07-BC A B C D E F G H J K Unclassified Not sequenced

VIH: Variabilité génétique Conséquences Virus en perpétuelle évolution Sous-types, formes recombinantes Différents variants chez un même individu: quasi-species Échappement aux réponses immunitaires Sélection rapide de virus résistants au anti-rétroviraux Difficultés de reconnaissance de souches par les réactifs (sérologie, charge virale)

VIH: variabilité génétique

Origine du VIH-1

Origine du VIH Transmisssion inter-espèce chez les primates non humains Sooty Mangabeys VIH-2 Chimpanzees VIH-1 groupe M et N Gorilles ? VIH-1 groupe O et P Par quelle route? Chasse et manipulation de viande Animaux de compagnie (morsures, exposition au sang, excrétats)

Locatelli, AIDS 2012

Locatelli, AIDS 2012

Evidences de transmissions inter-espèces Mangabey Cercocebus atys SIVsm = HIV-2 Chimpanzé Pan troglodytes SIVcpz = HIV-1 Evidences de transmissions inter-espèces

Origine du VIH-1 SIVcpz = recombinant

Peut-on dater l’émergence du VIH-1 chez l’homme? • Le VIH-1 est un virus d’une grande diversité. • Au cours de son évolution, il s’est diversifié en 9 sous-types “purs“ (A, B, C, D, F, G, H, J, K), plus ou moins équidistants les uns des autres en terme de distance génétique. • Les analyses phylogénétiques permettent d’identifier les distances entre souches virales (isolats viraux, variants) d’une même espèce. • Notion d’horloge moléculaire: les mutations dans une même région du génome s’accumulent à une même vitesse quelle que soit la souche virale; la distance génétique entre isolats permet d’identifier la date d’apparition de l’ancêtre commun. • La distance génétique est proportionnelle à la durée d’évolution depuis l’ancêtre commun.

Distance génétique en fonction de la date d’isolement du virus (patients à date d’infection connue) Korber B et al., Science 2000

Korber B et al., Science 2000

Locatelli, AIDS 2012

Pourquoi une épidémie? Emergence en Afrique liée à des changements Sociaux et écologiques majeurs intervenus au XXème siècle: exode rural - urbanisation, déforestation, transports et voies de communication, …