ORGANISATION DES COURS DE VIROLOGIE Le lundi de 16h à 18h Enseignants: Valérie Giodanengo (Viro, Archet), Alain DOGLIO (UTCG, Pasteur), plusieurs intervenants PH viro. En 3 étapes: Généralités Les principaux virus (HIV, Hépatites, Herpes) Les grands syndromes et les CAT La référence c’est : LE COURS car il y a de nombreuses erreurs dans les références car le cours vous signalera ce qui est important pour votre raisonnement de médecin

ORGANISATION DES COURS DE VIROLOGIE En novembre 2h de TP ATTENTION ceci à lieu au: Laboratoire de Virologie Archet 2 niveau -1 ATTENTION Vous devez avoir une blousse vous êtes admis dans des locaux techniques

Controle de connaissances 3 questions rédactionnelles de 20 min en juin La précision des termes employés est obligatoire pour Vos prescriptions futures Vos courriers professionnels futurs Et donc pour votre examen de juin.

Virus et Pathologies Infections aigües (de bénignes à mortelles) INFECTIONS DIGESTIVES : Entérovirus.... INFECTIONS RESPIRATOIRES : Influenza, Rhinovirus, Para-influenza MALADIES DE L’ENFANCE : Rougeole, Rubéole, Oreillons/Varicelle... FIEVRES HEMORAGIQUES : Ebola, Marburg,.. MALADIES DU SNC : Rage, poliomyélite, maladies dégénératives Infections chroniques IMMUNODEFICIENCE : VIH HEPATITES : VHB, VHC, VHA, VHD... Cancers HBV, HCV, papillomavirus, Herpès, HTLV,... Maladies émergentes…..

Quelques éléments historiques… Virus ou venin 1857 : (Pasteur), vaccination contre la rage 1870 - 1898 : virus mosaïque du tabac (A. Mayer, D. Ivanosky) agents filtrants pathologies virales animales – fièvre aphteuse –myxomatose 1911 : étiologie virale d’un sarcome aviaire (P. Rous) 1941 : structure radio-cristallographique du VMT 1953 : (postulats de Lwoff) composition des virus 1960 - 80 : Culture in vitro progrès du génie génétique, les oncogènes, la PCR… Vaccination variolique, poliomyélite, rougeole, hépatite… 1980-83 : SIDA 1980-1990 : HCV 2000 - 2010 SRAS, chikungunya, grippe aviaire, H5N1, Polyome…

DEFINITION, ORGANISATION, STRUCTURE

Qu’est-ce qu’un virus ? Postulats de Lwoff Assemblage de macro molécules (protéines, lipides, sucres…) assurant le transport d’un acide nucléique (information génétique, ADN ou ARN) - Phase de multiplication permettant la reproduction à l’identique du virus par parasitisme de cellules pro et eucaryotes - Portage à long terme dans des cellules hôtes (phases de latence) Postulats de Lwoff Le virus ne contient qu’un seul type d’acide nucléique le virus ne se reproduit qu’à partir de son seul acide nucléique le virus est incapable de croître et de subir des divisions binaires le virus ne contient aucune information génétique concernant les enzymes du métabolisme intermédiaire le virus est un parasite strict utilisant les structures de la cellule hôte

Qu’est-ce qu’un virus ? Organisation générale Glycoprotéines Taille de qq dizaines de nM (picornavirus) à qq centaines (poxvirus) La taille des plus petites bactéries est de qq centaines de nM Enveloppe ou péplos (+/-) Génome (ADN ou ARN) Capside et Nucléocapside capsomères enzymes Glycoprotéines d’enveloppe (gp)

Génome viral: ensemble des gènes viraux GENOME VIRAL : ADN ou ARN Gène 1 Gène 2 Gène X ARN MESSAGERS VIRAUX PROTEINES VIRALES Compaction de l’information génétique: de multiples façons de produire des protéines à partir de séquences compactées

DIVERSITE DU MONDE VIRAL Asfarviridae Polyomaviridae Papillomaviridae Circoviridae Birnaviridae Bornaviridae Deltavirus Arteriviridae HEV like Nodaviridae Virus à ADN DIVERSITE DU MONDE VIRAL Forme, taille relative des virus: entre parenthèse, bases du génome viral : kilobases (kb) DNA ou RNA simple brin, (ss, single-stranded) ou kilopaires de bases (kpb) DNA ou RNA double brin, (ds, double-stranded). la taille des génomes (donc le nombre de gène) est bien plus diverse pour les virus à ADN (de 3,2 kpb = 5 gènes seulement pour le VHB à 375 kb (soit plus de 200 gènes) pour certains poxvirus, que pour les virus à ARN (de 7 kb pour les picornavirus à 30 kb au maximum pour les coronavirus). Virus à ARN D'après Jawetz et Melnick

Classer les virus, les nommer Composition du génome : ADN ou ARN Nature du génome ADN sb, db ARN avec stade ADN ARN db ARN sb négatif ARN sb Symétrie de la nucléocapside Ovoide Icosahèdre Hélicoïdale Sphérique… Présence ou pas d’une Enveloppe Structure du génome Taille, linéaire, circulaire… hôte Famille PICORNAVIRIDAE Genre Aphtovirus Cardiovirus Entérovirus Erbovirus Hepatovirus Kobuvirus Rhinovirus Teschovirus Especes pour les entérovirus poliovirus 1, 2, 3 coxsackievirus A1-A22, B1-B5 echovirus…. Sérotypes, génotypes

Virus diversité, morphologie Hépatite B Variole

Virus diversité, morphologie Virus enveloppés : Influenza (Grippe)

Virus diversité, morphologie Virus nus : adénovirus

Virus diversité, morphologie

Virus diversité, morphologie bactériophage Virus filamenteux : Ebola

MULTIPLICATION DES VIRUS

Le virus parasite de la cellule Le cycle de multiplication viral : Parasitisme strict - pas d’enzymes du métabolisme Cycle lytique, cycle tempéré, latence Amplifier le nombre de génomes Expression des gènes viraux GENOME VIRAL Transcripton, traduction PROTEINES VIRALES Réplication Amplification du Nombre de génomes

Le cycle de réplication : principales étapes 5) production 1) entrée 4) expression 2) décapsidation 3) réplication

Entrée : fixation de la particule virale Fixation obligatoire avant de pénétrer dans la cellule Circulation des fluides, mouvements cellulaires... Interactions faibles (héparan sulfate, motifs glycosylés) Interaction forte et spécifique Entrée dans la cellule Adhésion, tropisme cellulaire: Adénovirus : intégrines Herpes simplex : CD35 Epstein-Barr : CD21 HIV : CD4 Influenza A : acide sialique Rotavirus : gangliosides virus cellule récepteur cellulaire Récepteur viral: protéine virale responsable de l’attachement…

Entrée : mécanismes d’entrée 1° Formation d’un pore (transfert du matériel génétique / picornavirus) 2° Fusion (virus enveloppés) 3° Endocytose (virus nus et enveloppés) 1° formation d’un pore récepteur cytosol ARN viral

Entrée par fusion Attachement (protéines virales de surface/récepteurs cellulaires) Fusion entre la membrane virale et la membrane de la cellule attachement changement conformationnel récepteur corécepteur rapprochement et fusion pénétration

Entrée par endocytose attachement invagination endocytose et acidification libération de la nucléocapside (fusion)

Expression des gènes viraux GENOME VIRAL : ADN ou ARN Gène 1 Gène 2 Gène X ARN MESSAGERS VIRAUX PROTEINES VIRALES Compaction de l’information génétique, ou les multiples façons de produire des protéines à partir de séquences compactées

Expression des gènes viraux enzymes structure régulatrices NOUVEAUX VIRIONS Polymérases, Protéases ARNm protéines génome Transcription Traduction Réplication CELLULE

Cas des virus à ARN T/U::A G:::C nouveaux génomes ARN polymérase ARN dépendante ARN génomique parental T/U::A G:::C intermédiaires de réplication (ARN db) nouveaux génomes ARN à polarité positive : traduction directe ARN à polarité négative : synthèse des brins + obligatoire Rétrovirus: stade ARN et stade ADN

Stratégies de multiplication des virus à ADN enzymes virales protéines de structure encapsidation production de nouveaux virions PHASE TARDIVE - PRODUCTIVE multiplication des génomes ADN génome ARNm protéines régulatrices interférences avec la cellule régulation PHASE PRECOCE - LATENCE

Décapsidation : rendre le génome viral accessible Cas des virus à ARN Brin positif : traduction directe par les ribosomes ou réverse transcription (rétrovirus) Brin négatif : copie du génome par une polymérase (ARN polymérase ARN dépendante) Cas des virus à ADN Dans la majorité des cas la décapsidation est couplée avec un mécanisme de transport qui véhicule le génome ADN vers le noyau de la cellule 5’ 3’ polymérase ribosome 5’ ’ 3’

Formation des nouveaux virions: encapsidation Comment le génome viral est reconnu par les protéines virales et coordonne l’assemblage ? rôle du signal d’encapsidation Signal d’encapsidation capsomères 1) reconnaissance du génome viral 2) encapsidation 3) formation de la nucléocapside

Production et libération de nouveaux virions A) Cycle lytique B) Cycle tempéré - bourgeonnement

NOTIONS DE PHYSIOPATHOLOGIE VIRALE

Traverser les muqueuses ou l’épiderme Peau, épiderme : structure kératinisée protégée par des cellules mortes érosion, blessure, morsure, piqûre insectes, aiguille…transfusions, actes invasifs… Les muqueuses : cellules vivantes barrières moins efficaces Mucus, pH extrêmes, enzymes protéolytiques, tapis ciliaires

Voies d’entrée dans l’organisme

Infections aiguës S’applique à tous les virus lors d’une primo infection Multiplication virale intense et rapide Symptomatique ou asymptomatique Site d’entrée / diffusion: voie sanguine (lymphe ou directement si entrée par voie sanguine) Infections aiguës localisées: grippe, rhinovirus, rotavirus, hépatite B Infections aiguës généralisées: varicelle, rougeole… Evolution: élimination du virus ou infection persistante

Infections aiguës localisées Infections aigües localisées : le virus se multiplie au niveau de la porte d'entrée du virus dans l'organisme et s'y cantonne. Porte d'entrée et organe cible (= organe dont l'infection donne les signes cliniques de la maladie) sont confondus, d'où une incubation courte, de l'ordre de deux jours. L'exemple en est la grippe Diffusion locale Contamination, infection Grippe: tractus voies aériennes supérieures Virus fragile contacts rapprochés Récepteur acide sialique Lyse des cellules, production virale Production de signaux inflammatoires (cytokines, migrations effecteurs cellulaires… - Symptomatologie fièvre, douleurs - Anomalies fonctionnelles…

Infections persistantes Infections chroniques (production permanente, même à bas bruit) Hépatites, VIH Infection du tissus cible et maintien par une réplication continue Il n’y a pas forcément de cycle lytique (cellule forme de portance du virus) Infections latentes avec phase de réactivation Herpes (HSV, EBV, CMV, HVZ…) la virémie est un bon témoin de l’état de la réplication virale Vaccinations difficiles Développement d’antiviraux nécessaires

Infections persitantes avec latence: exemple HSV primo-infection le virus se réplique dans les cellules épithéliales (porte d’entrée) Le virus atteint les terminaisons nerveuses sensitives Les capsides migrent par voie neuronale centripète vers le ganglion de Gasser Infection latente dans le corps cellulaire des neurones sensitifs ADN viral sous forme d’épisome réactivation Sous l’influence de différents facteurs (grossesse, immunodépression…) Réactivation de la réplication virale au niveau du ganglion de Gasser et migration vers le site périphérique de la primo-infection Et de nouveau multiplication et excrétion virale au niveau des muqueuses (avec ou sans lésions) capacité de ces virus a se maintenir indéfiniment dans l’organisme infecté = ce virus persiste à vie dans l’organisme=> une infection « dormante » s’établit L’éradication de l’infection latente est impossible

EBV dans les amygdales par hybridation in situ Lymphocytes B (CD20) Centres germinatifs

Infection au niveau de l’épithélium Infections persitantes avec latence: EBV, illustration interaction/immunité LB naïf Lat III Infection au niveau de l’épithélium amygdale ?? Lat III Lytique Réactivation EBV réplication épithéliale amygdale réplication lymphocytaire Latence switch Lat I B mémoire (1/105-106) lyse 2nde réponse CTL réactivation CTL mémoire CTL 1ère réponse cytolyse

Récapitulatif… Infections aigües Infections Infections Infections latentes chroniques transformantes Disparition du virus HSV 1,2 VHB de l’organisme VZV VHC Parvovirus CMV VHD Rotavirus EBV HIV Grippe Papillomavirus HAV RSV…

Les moyens de défense Défense innée non spécifique : première ligne dès le franchissement de la muqueuse Des cytokines : interférons  et des cytokines Natural killer (NK) Protection physique et mécanique Macrophage et cellules dendritiques (maturation des antigènes) Défense immune spécifique : 2 actions synergiques Anticorps : immunité humorale - anticorps bloquants Virus circulants - cellules infectées (complément) Cellules immunes : lymphocytes cytotoxiques (CD8) auxiliaires (CD4) Destruction des cellules infectées exprimant des antigènes viraux

Défense innée antivirale: production d’interférons INTERFERONS (a, b) Cellule résistante Cellule résistante

Réponse immune spécifique antivirale

Des animaux vers l’homme...puis de l’homme vers l’homme Tuberculose, rougeole, variole : bétail Grippe : canard, porc… Importance de la présence des animaux domestiques et de l’élevage groupé Importance de la densité de population, voyages, modes de contamination L’éradication d’un virus qui possède un réservoir autre que l’homme semble impossible La variole : pas de réservoir naturel Fièvre jaune : impossible Est-il vraiment possible d ’éradiquer un virus (stock de laboratoires et approches militaires ?)

Maladies infectieuses et colonisation... Nouveau monde : les européens introduisent de nouvelles maladies (variole, rougeole) extermination des populations amerindiennes en moins de 50 ans Afrique : pas ou peu de colonisation avant le XIXème, sensibilité des colons aux infections (fièvre jaune, paludisme…). Au XXIème, il n’existe pratiquement plus d’amerindiens alors que l ’Afrique connaît la démographie la plus forte.

Stabilité et propagation des virus ENVELOPPE ET TRANSMISSION DES VIRUS* Enveloppé Non enveloppés -Stabilité dans l'environnement 0 + -Elimination dans les selles ---/+ + -Elimination dans la gorge + + -Contamination interhumaine directe, respiratoire ou salivaire + + indirecte, fécale-orale 0 + -Température de stockage de longue durée des prélèvements -80°C -20°C suffit -Inactivation par l'éther + 0 (*d’après JM. HURAUX, La Pitié Salpétrière, cas principaux) Illustrations : Grippe (péplos) infections hivernales par aérosols rapprochés - pas de virus dans l’environnement Entérovirus (nus, polio,HAV) : transmissions oro-fécales

VARIABILITE GENETIQUE DES VIRUS

Conséquences de la variabilité génétique Mutations défavorables: protéines non-fonctionnelles mauvais fitness réplication lente désavantage sélectif Mutations favorables Avantages sélectifs immunité cellulaire traitements Mutations silencieuses (neutres)

Variations mineures: les mutations polymérase brin parental mauvais appariement UGCCAU AGCCUA U A UGCCAU AGCCUA Corrections des erreurs (eucaryotes)

variation majeure, saut génétique exemple : influenza + coinfection Histoire B Histoire A Nouvelle histoire ….

Variation majeure : recombinaisons exemple : rétrovirus coinfection + Histoire A Histoire B Nouvelle histoire ….

Conséquences de la variabilité génétique séquence correcte: AUG…………UUUAUAGAUAGC…..UAA met………….. phe- ile - asp - ser…..stop séquence mutée: AUG…………UUUAAAGAUAGC…..UAA met………….. phe- lys - asp - ser…..stop nouvel épitope sur la protéine virale

Conséquences de la variabilité génétique primo-infection individus immunisés gp d’enveloppe récepteur viral infection

Conséquences de la variabilité génétique mutation infection

Conséquences de la variabilité génétique Les quasiespèces... 30 % 7% 50% 5% 10% en quelques jours…. 8O% en quelques semaines…. NOUVEAU MEDICAMENT SELECTION DE SOUCHES VIRALES RESISTANTES

Analyse des séquences et construction d’arbres phylogénétiques : génotypes, âge...

Infections aiguës généralisées Infections aigües généralisées : après infection et multiplication du virus au niveau de la porte d'entrée, l'infection gagne les organes cibles situés à distance, d'où l'existence d'un trajet par voie sanguine, lymphatique ou neuronale selon les virus, avec une incubation nécessairement longue, de l'ordre de deux semaines : la poliomyélite (poliovirus)