Mécanismes d’adaptation des virus à leur hôte La multiplication des virus impliquent l’utilisation des structures de la cellule hôte (parasitisme absolu): Liens étroit virus-hôte: adaptation du virus à l’hôte adaptation de l’hôte au virus

L’exemple 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.

Mécanismes d’adaptation du VIH à l’Homme 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 d’hôtes qui restreignent la réplication du HIV III) Evolution du virus au cours de l’infection « Fitness »

Virus de l’Immunodéficience Humaine gp120 gp41 p24 Antigènes cellulaires Dissociation de la gp120 CD4 co-récepteur Cellule cible

Facteurs de l’hôte impliqués dans la réplication du VIH 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.)

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

Mécanismes d’adaptation du VIH à l’Homme 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 d’hôtes qui restreignent la réplication du HIV III) Evolution du virus au cours de l’infection « Fitness »

I) Echappement du VIH à la réponse immunitaire innée Cytokines et chemokines, récépteurs et corécepteurs 1) Cytokines : RANTES, MIP1a,b, => empêchent l’entrée du VIH dans la cellule 2) Mutation de CCR5 - CCR5D32 (homozygotes, 2% des caucasiens) 3) Radeaux lipidiques - déficient en cholestérol, diminution de l’entrée du virus 4) Récepteurs alternatifs (DC-Sign, molécules d’adhésion)

Fixation au récepteur et au corécepteur

I) Echappement du VIH à la réponse immunitaire innée Cytokines et chemokines, récépteurs et corécepteurs 1) Cytokines : RANTES, MIP1a,b, => empêchent l’entrée du VIH dans la cellule 2) Mutation de CCR5 - CCR5D32 (homozygotes, 2% des caucasiens) sélection >700 ans par un autre pathogène 3) Radeaux lipidiques - déficient en cholestérol, diminution de l’entrée du virus 4) Récepteurs alternatifs (DC-Sign, molécules d’adhésion) Permissivité au VIH inter-individu différente

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 d’échappement pour les population de même MHC Réponse Humorale Anticorps (séropositif) Anticorps neutralisants: anticorps capables d’inhiber l’infection 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

Présentation du peptide antigénique au lymphocytes T

Effet des CMH sur la progression vers le SIDA Immunodominant epitopes in acute HIV-1 infection HLA class I type Epitope Protein Sequence Refs A3 RK9 p24 RLRPGGKKK 7 and 34a KK9 KIRLRPGGK A11 QK10 Nef QVPLRPMTYK [7]a B7 IL9 gp120 IPRRIRQGL [34]a B8 FL8 FLKEKGGL 6 and 7lk and lk B14 EL9 gp41 ERYLKDQQL [6] DA9 DRFYKTLRA B27 KK10 KRWIILGLNK [61]a B4001 KL9 KEKGGLEGL 6 and 62 B51 Vpr EAVRHFPRI [30] B57/B5801 TW10 TSTLQEQIGW [48]a Cw12 CC8 Tat CCFHCQVC 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.

Effet des CMH sur la progression vers le SIDA

I) Echappement du VIH à la réponse immunitaire adaptative Réponse cellulaire CTL  restreinte au molécules du CMH 1) L’infection est dépendante du MHC 2) Mutation : très grande variabilité, erreurs de la RT Mutants d’échappement pour les populations de même MHC Réponse Humorale Anticorps (séropositif) Anticorps neutralisants: anticorps capables d’inhiber l’infection 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

Liaison au corécepteur Pourquoi le VIH échappe à la réponse immune? Liaison au CD4 gp41 V1V2 V3 gp120 Liaison au corécepteur "Ouverte" IP TCLA gp41 gp120 V1V2 V3 "Fermée"  Configuration de la protéine d'enveloppe: D'après Sattentau et al. 1999                                                               Protéines cellulaires: Classe II ICAM-1 ICAM-3 gp160 LFA-1 LFA-2 CD44 LFA-3 CD62L Classe I D'après Hioe et al. 1998 Cellules productrices: CEM-SS lymphocyte stimulées Héparane sulfates

Représentation de la gp 120 trimétrique 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

Epitopes reconnus par les anticorps neutralisants                                                             

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

Paratope de l’Ac 2F5 Calarese et al., Science, 300, 2065, 2003

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

Structure de l’Ac neutralisant 2G12 Calarese et al., Science, 300, 2065, 2003

Mécanismes d’adaptation du VIH à l’Homme 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 d’ingéniosité pour contrer l’attaque par le VIH. Immunité intrinsèque : facteurs de restriction

Mécanismes d’adaptation du VIH à l’Homme 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 d’hôtes qui restreignent la réplication du HIV III) Evolution du virus au cours de l’infection « Fitness »

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

Cycle de réplication du VIH 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).

II) Restriction au niveau des gènes Défense antivirale innée : Facteurs d’Hôtes qui restreignent la réplication du HIV 1) Lv1 et Ref1: TRIM5a: 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

II) Restriction au niveau des gènes Défense antivirale innée : Facteurs d’Hôtes qui restreignent la réplication du HIV 1) Lv1 et Ref1: TRIM5a: 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

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

II) Restriction au niveau des gènes Facteurs de restriction selon l’espèce Découverte de la protéine TRIM5a chez le macaque (2004)

II) Restriction au niveau des gènes Facteurs d’Hôtes qui restreignent la réplication du HIV 1) Facteur de restriction TRIM5a: tripatite motif proline rich TRIM5ahu (Ref1) inhibe N-MLV, EIAV TRIM5aagm inhibe HIV, SIVmac, N-MLV, EIAV TRIM5arh inhibe SIVagm, N-MLV TRIM-CypOwl monkey insertion de Cyclophiline A dans TRIM5a 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 l’assemblage ? Variants de TRIM5  degrés de susceptibilité Autres TRIM?, autres facteurs cellulaires ? Protection de l’infection virale entre espèces

Inhibition de la réplication des rétroviruses par TRIM5a

Inhibition de la réplication des rétroviruses par TRIM5a A putative mechanism for restriction of retroviruses by TRIM5α. (Panel A) TRIM5α 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/TRIM5α 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/TRIM5α complex is uninfectious. How TRIM5 renders the virus uninfectious remains unclear.

Inhibition de la réplication des rétroviruses par TRIM5a (Owl Monkeys) CypA est nécessaire à la restriction Towers Retrovirology 2007 4:40   doi:10.1186/1742-4690-4-40 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 TRIM5α. If CypA activity is reduced in target cells, using CypA specific siRNA or by inhibiting CypA activity with CSA, then the OWM TRIM5α 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.

Facteurs de restriction multiples (multi-thérapie)

II) Restriction au niveau des gènes Défense antivirale innée : Facteurs d’Hôtes qui restreignent la réplication du HIV 1) Lv1 et Ref1: TRIM5a: 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

II) Restriction au niveau des gènes Facteurs d’Hôtes 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 l’ADN est cytoplasmique.

Mécanisme d’inhibition 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.

Mécanisme d’inhibition d’APOBEC3 par la protéine Vif

La protéine Vif interfère avec l’activité inhibitrice de APOBEC3

La protéine Vif interfère avec l’activité inhibitrice de APOBEC3

La protéine Vif interfère avec l’activité inhibitrice de APOBEC3

II) Restriction au niveau des gènes Défense antivirale innée : Facteurs d’Hôtes qui restreignent la réplication du HIV 1) Lv1 et Ref1: TRIM5a: 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

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

II) Restriction au niveau des gènes Examples of RNA silencing suppressors encoded by several viruses. Virus Viral Suppressors References Adenovirus VA RNA Lu 2004 [199]; Andersson 2005 [200]; Xu 2007 [201] HCV Core protein Chen 2008 [202]; Wang 2006 [203] Ebola VP35 protein Haasnoot 2007 [184] Influenza A virus NS1 protein Li 2004 ; Delgadillo 2004 ; Bucher 2004; Haasnoot 2007 de Vries 2009 Nodamura Virus NoV B2 protein Sullivan 2005 [207] HIV Tat protein, TAR RNA Bennasser 2005 ; Haasnoot 2007 Bennasser 2006 Qian 2008 Strebel et al. BMC Medicine 2009 7:48 doi:10.1186/1741-7015-7-48

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 2009 7:48   doi:10.1186/1741-7015-7-48

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

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

Cycle de réplication du VIH 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).

II) Restriction au niveau des gènes Défense antivirale innée : Facteurs d’Hôtes qui restreignent la réplication du HIV 1) Lv1 et Ref1: TRIM5a: 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

Role de vpu et Tetherin (BST-2): Facteur de restriction??? Tetherin (BST-2)empêche le relargage du virus mais pas le transfert cellule à cellule 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.

Mécanismes d’adaptation du VIH à l’Homme 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 l’infection « Fitness »

Mécanismes d’adaptation du VIH à l’Homme 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 l’infection, et influencent la capacité de VIH à répliquer dans un individu (variabilité inter-individus, inter espèces). Le VIH mute, échappe, s’adapte pour éviter les pressions de l’hôte. émergence de nouveau virus adapté à l’hôte; sélection de population de VIH => « Fitness » Adaptation de l’hôte au VIH (population VIH résistante dans des centaines d’années!)

En attendant Protégez-vous !