Contre l’infection virale Les interférons : Défense cellulaire Contre l’infection virale

PLAN Découverte Description, sources, et fonctions Voies de signalisation Induction virale des interférons Résistance virale aux interférons Utilisation en thérapie

1954 Japon Nagano et Kojima Poxvirus (ADN db) inactivés aux UV inoculés en sous-cutané chez le lapin Ré-injection du même lapin avec poxvirus vivant Inhibition de la croissance virale Activité inhibitrice séparée des particules virales (fractionnement par ultracentrifugation)

1957 Angleterre Isaacs et Lindenmann Interféron Effets de virus de l’Influenza (ARNsb (-)) inactivés sur la croissance de virus vivants de l’influenza Interféron « Interférence »

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Qu’est ce que l’interféron? Une cytokine : facteur soluble de petit poids moléculaire (<30kDA) ayant une action régulatrice et stimulatrice du système immunitaire 3 Classes d’interférons Type I Type II Type III Interféron a 2a www.ncbi.nlm.nih.gov Numéro d’accession 1ITF

Trois classes d’interférons Type I (14 gènes), b, w, t, d, k Gènes sans intron en cluster sur Chr 9 166 aa 80-95% d’homologie Type II g 1 gène sur Chr 12 Type III l 3 gènes en cluster sur Chr 19

Sources Cytokine Cellules productrices Type I Type II Type III IFN a IFN b Type I IFN w IFN t IFN d Leucocytes Fibroblastes Cellules nucléées IFN k IFN g Lymphocytes T Cellules NK Type II Type III IFN l Cellules nucléées

Formes de communication Autocrine Paracrine La cellule cible est dans un environnement proche de la cellule productrice La cellule qui exprime la cytokine exprime simultanément à sa surface le récepteur

Propriétés des cytokines Pléiotropie Redondance Plusieurs cytokines peuvent avoir le même effet sur une même cible cellulaire Réponse 1 Cible Source 1 Source 2 Une même cytokine peut avoir plusieurs types de cibles cellulaires et peut engendrer la même ou des réponses différentes suivant la cible Réponse 1 Réponse 2 Source Réponse 3 Cibles

Inhibition microbienne Ralentissement cycle mitotique Effets pléiotropes des interférons Inhibition microbienne Virus à ARN Virus à ADN Pathogènes intracellulaires Immunomodulateur Lymphocytes T Cellules NK Monocytes Antitumorale Souris Homme Induction protéique Protéines d’adhésion Enzymes Chimiokines Ralentissement cycle mitotique Apoptose Différenciation Inhibition angiogénique Réduction lipoprotéique Vasculaire

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Les récepteurs des cytokines 5 Classes Classe 2 IFNRs 200-300 aa C Cystéine conservées WSXWS Type Ig IL-1, MCSF Classe 1 IL-2, IL-3… TNFRs Récepteurs chimiokines

1 classe d’IFN = 1 unique récepteur TOUS LES INTERFERONS SE LIENT A UN RECEPTEUR MEMBRANAIRE Type I Hétérodimère IFNAR2 lie l’IFN + rôle dans la signalisation IFNAR1 rôle dans la signalisation Type II x2 IFNGR2 lie l’IFN + rôle dans la signalisation x2 IFNGR1 rôle dans la signalisation Type III Hétérodimère IL10R2 + IFNLR1

Principales voies de signalisation IFN C Voie des MAPKs Voie de la PI3K/Akt Voie Jak/STAT Activation des facteurs de transcription et expression des gènes Prolifération, immunomodulation, réponse antivirale

Voies de signalisation Jak/STAT IFNAR1 IFNAR2

Spécificité de réponse selon l’IFN Grande Homologie de séquence des interférons Structure des interférons très proche Mêmes récepteurs Mêmes intermédiaires de signalisation Réponses différentes ??????

Exemple des IFN de type I Stabilité du complexe de signalisation Affinité IFN b > Affinité IFN a IFN b IFNAR2 IFNAR1 Différents sites de liaisons selon l’IFN Activation de la voie MAPK variable IFN b IFN a ERK 1/2 P-JNK p38 MAPK Erythroblastes Activation des STATs variable IFN Type cellulaire Environnement Priming Différents homo/hétérodimères de STATs Réponse dépendante du type cellulaire IFN b Monocyte IFN a X 100 Macrophage DIFFERENCIATION

Activation des facteurs de transcription

En résumé… 3 classes d’interférons 1 classe d’interféron = 1 récepteur Voies de signalisation activation de facteurs de transcription Inhibition microbienne/Antitumoral/Immunomodulateur

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Systèmes cellulaires de reconnaissance des pathogènes Présence de récepteurs cellulaires membranaires et cytoplasmiques qui reconnaissent le pathogène endosome Déclenchement d’une réponse immune adaptative

Inducteurs pathogènes d’interférons de type I Lipopolysaccharides (LPS) Composant de la membrane externe des Gram (-) Bactérie Virus ARN double brin intracellulaires

Origines des doubles brins d’ARN viral Virus à ARN db Génome lui-même Réovirus (Blue Tongue) Virus à ARN sb Intermédiaires de réplication Semliki Forest virus ARN db intracellulaires Virus 2 exemplaires du génome Structure du génome HIV Virus à ADN Transcription bidirectionnelle Adénovirus, Polyomavirus…

Effet d’une infection virale Type I IFN PROTECTION Molécules antivirales Diminution de la multiplication virale Réponse immune adaptative

Réponse antivirale

Mécanismes de détection virale nucleus RIG-1 MDA-5 CARD helicase MAVS, IPS-1 VISA, CARDIF CARD-helicases mitochondria TLR (Toll-like receptor) endosome nucleus MyD88 capteurs dsRNA-TLR3 TLR7-ssRNA TLR8-ssRNA TLR9-dsDNA TRIF adaptateurs

Les capteurs membranaires « Toll like receptor » (TLR) Ligand(s) Adaptateurs Localisation TLR 1 triacyl lipoproteins MyD88/MAL cell surface TLR 2 lipoproteins; gram positive peptidoglycan; lipoteichoic acids; fungi; viral glycoproteins TLR 3 double-stranded RNA, poly I:C TRIF cell compartment TLR 4 lipopolysaccharide; viral glycoproteins TRIF/TRAM TLR 5 flagellin MyD88 TLR 6 diacyl lipoproteins TLR 7 single-stranded RNA TLR 8 TLR 9 unmethylated CpG DNA TLR10, TLR11, TLR12, TLR13 moins de données…

Production d’IFN via les récepteurs Toll TLR2 / TLR4 NFkB

Voies de signalisation des TLR TLR2 / TLR4 NFkB

Les « interferon regulatory factors » (IRF) Famille de facteurs de transcription (hélice-tour-hélice) identifiés en étudiant la régulation du gène de l’interféron b. Régulent l’expression des IFNs et des Gènes Stimulés par l’Interféron (ISG). Ils se lient aux promoteurs sur un motif ISRE (Interferon Stimulating Response Element).

IRF-1 à IRF-3

IRF-4 à IRF-9

Les « interferon stimulated genes » (ISGs)

PKR : Protein kinase R, ser/thr kinase nucléaire et cytoplasmique PKR, ADAR, et OAS PKR : Protein kinase R, ser/thr kinase nucléaire et cytoplasmique Activée par les ARN db Inhibe l’initiation de la traduction en phosphorylant le facteur EIF2a ADAR 1 : Double stranded adenosine deaminase Activée par les ARN db Inhibe la réplication virale en « éditant » les adénosines en inosines OAS : 2’-5’ oligoadenylate synthase (production de 2’-5’ oligoadenylate) Activée par les ARN db Dégradation ARN cellulaires et viraux par activation de la RNAse L

Les capteurs cytoplasmiques d’ARN/ADN viraux RIG-I : Retinoic acid inducible gene MDA-5 : Melanoma Differentiation Antigen 5 Intermédiaires entre les ARN viraux et la production d’IFN Virus à ARN Intermédiaires entre les ADN viraux et la production d’IFN DAI (DNA-dependent activator of interferon-regulatory factors)

Les capteurs cytoplasmiques RIG-I et MDA-5

IRF-3 IRF-7

Induction biphasique

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Différents modes d’action Poxvirus dsDNA R soluble homologue à IFNR Piège l’IFN Adénovirus dsDNA E1A Inhibe production d’IFN. Bloque la formation du complexe de transcription Paramyxovirus ssRNA(-) Protéine V Inhibe production d’IFN. Séquestre MDA-5 Dégrade STAT VHC ssRNA(+) NS3/4A Inhibe liaison CARDIF / RIG-I

Interférence avec l’induction des IFN NS1 (Influenza virus) V (SV5) NS3/4A (VHC) P, G1 (Rage, NY-1) NPro (virus diarrhée) E6 (papillomavirus) vIRFs (HSV-8) NSs (virus diarrhée) M (VSV) Proteases (…)

Interférence avec les voies de signalisation de l’IFN VP24 (Ebola virus)

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Utilisation de l’IFN en thérapie IFNs Effet IFN Thérapies Antiprolifératif Cancers (mélanome, …) IFN a Antiviral VHB, VHC, VHD IFN b Immunomodulateur Sclérose en plaques

Effets secondaires des traitements à l’IFN Aiguë Chronique Fièvre Fatigue Frissons Anorexie Malaise Perte de poids Neutropénie Myalgies Elévation des transaminases Maux de tête Dépression Nausées Diarrhées, nausées….

Un exemple de thérapie en cours de développement Laboratoire MCMP, UMR 5234 CNRS, Bordeaux 2 Développement de minigénomes stimulant la réponse antivirale dans des cellules infectées par le VHC

Le génome du VHC ARN positif Protéines structurales NS3 NS4A NS4B NS5A NS5B NS2 5’UTR 3’UTR Protéines structurales Protéines non-structurales Complexe de réplication

Le traitement contre le VHC Bi-thérapie Interféron a + ribavirine Efficacité variable en fonction du génotype Génotype 1 : Prévalence 73% (Europe, Am. du Nord, Japon) Moins de 50% répondent au traitement Effets secondaires importants Apparition de variants résistants aux traitements Nouveaux traitements (inhibiteurs NS3 ou NS5B…) Stratégie alternative

La réplication du génome du VHC RNA (+) codant 5’UTR 3’UTR RNA (-) non codant

Minigénomes thérapeutiques RNA(-) IRF, IFN 3UTR 5UTR Hépatocyte infecté Hépatocyte sain IRF Interféron a SURVIE

Pourcentage d'inhibition de la réplication du VHC Résultats 100% 80% 60% Pourcentage d'inhibition de la réplication du VHC 40% 20% 0% IFN (+) IRF-1 (+) IFN (-) IRF-1 (-) Résultats comparables entre brins (+) et brins (-) Réplication et traduction des minigénomes non codants

Intérêt des minigénomes en thérapie IRF ARN(-) (1) Surproduction d’interféron dans les cellules infectées par le VHC (2) Elimination des effets secondaires dus au traitement classique

Regulation of Interferon regulatory factor-3 by the Hepatitis C Virus serine protease Foy et al. Science Vol 300, 2003 Tet on – Tet off : expression conditionnée par la présence ou l’absence de tétracycline Lignée qui co-exprime : Tet Regulator en fusion avec VP16 Tet response element + gène d’intêret Tet on : active en présence de tet Tet off : active en absence de tet