VIROLOGIE GENERALE Enseignants: - Dr Sandrine CASTELAIN - Dr Catherine FRANCOIS Laboratoire de Virologie Faculté de Médecine Hôpital Sud Bât: D’ - 2ème étage 1er étage 03 22 82 79 17 03 22 45 59 85 sandrine.castelain@u-picardie.fr

Principales différences entre Bactéries et Virus présente Division cellulaire + ADN et ARN 0,1 - 10 Bactéries absente Croissance réplication Reproduction - Métabolisme ARN ou ADN Acides nucléiques 0,01 - 0,25 Taille (mm) Virus

Feuille de plante malade Découverte des virus Expérience d ’Ivanowski (1890) Feuille de plante malade (mosaïque du tabac) Plante saine Plante malade Bougie de porcelaine Filtrat Infectieux en absence de bactéries

Découverte des virus XIX siècle : transmission expérimentale Agents ultrafiltrants : Ivanowski (1890) « Virus » : Beijerinck 1898 Début de la vaccination : Jenner (Variole) XX siècle : génétique Bactériophages et échanges génétiques Classification de Lwoff (1953) Edward Jenner 1749-1823 Martinus Beijerinck 1851-1931 Dmiti Iwanowski 1864-1920 André Lwoff 1902-1994

Définition des virus : Génome & Protéines VIRUS = Parasite Absolu, sans Système Energétique Intracellulaire se Effet Antiviral souvent Cytotoxique Réplicant à partir d' Multiplication : ni croissance ou division, mitose ou scissiparité. Un Acide Nucléïque en une Un et un seul : Le génome viral Structure infectieuse, Le VIRION Forme mature extracellulaire

Définitions : Virus et virions Information génétique ± structure Formes intra et extra-cellulaires Virion : Particule virale protégeant le génome viral hors d’une cellule Provirus et prophage : Génome viral intégré au génome de la cellule hôte

Définitions : Virus et virions Agents sous-viraux: Satellites de virus nécessitant une co-infection par un virus Agent de l’hépatite delta: co-infection indispensable avec le virus de l ’hépatite B Viroïdes: petites molécules d ’ARN circulaires nus Prions (ATNC): agents transmissibles non conventionnels ; protéine PrP mutée infectieuse

STRUCTURE DES VIRUS Unité structurale: Enveloppe (inconstante) 2 éléments obligatoirement constants Génome: ARN ou ADN, monocaténaire ou bicaténaire, linéaire ou circularisé Capside: hélicoïdale, tubulaire ou icosaèdrique NUCLÉOCAPSIDE Enveloppe (inconstante) Protéines enzymatiques (impliquées dans la réplication)

Virion Structure Schématique #1 Nucléocapside (core) = Virus nus + Génome (ADN ou ARN) Capside protéique (capsa)

Virion Structure Schématique #2 = Virus enveloppés Enveloppe (péplos) (bicouche lipidique) + Nucléocapside (core)

1- GENOMES VIRAUX ADN ARN Simple brin + or - Double brin Segmenté Circulaire

1- Le Génome viral #1 Génomes à ADN Bicaténaire, rarement simple brin Linéaire, parfois circulaire Taille : 5 kb à 280 kb Séquences spécifiques codant de 3 à 200 protéines virales

1- Le Génome viral #2 Génomes à ARN Monocaténaire rarement double brin Linéaire, rarement circulaire Un seul fragment ou plusieurs, parfois diploïde Polarité positive (brin codant ou sens ou ARNm) ou négative (brin antisens) Taille : 3 kb à 20 Kb Séquences spécifiques codant de 1 à 30 protéines virales

2- Capside #1 Structure protéique d’origine virale (une ou plusieurs protéines) 3 organisations symétriques Hélicoïdale Cubique ou icosaédrique Complexe

2- Fonctions de la CAPSIDE #2 Packaging ou Condensation Protection du génome Transport des acides nucléiques d’une cellule à l’autre Offre une spécificité d’attachement

2- Symétrie hélicoïdale #1 Axe creux Sous-unité protéique génome Axe

2- Symétrie hélicoïdale #2 Virus de la mosaïque du tabac (TMV) Influenzavirus Ribonucléoprotéine du Influenzavirus

2- Symétrie cubique #1 Pentamère / penton Protéine virale 1 X 5 3 2 Capsomère: ss-unité X 6 Hexamère / hexon

2- Symétrie cubique #2 Icosaèdre 12 sommets (pentons) 20 faces (hexons) 30 arêtes

2- Symétrie cubique #3 Astrovirus Adenovirus 252 capsomères 12 pentons 240 hexons 12 spicules

2- Symétries complexes #1 Association de structures hélicoïdales et cubiques Structures mal identifiées Poxviridae Vaccine, variole, ...

2- Symétries complexes #2 Symétrie cubique Symétrie hélicoïdale Certains bactériophages

3- ENVELOPPE VIRALE ou PEPLOS Peplos = manteau en grec Enveloppe dérivée des membranes cellulaires Constituée d’une bicouche lipidique et de protéines virales glycosylées ou non: PEPLOMÈRES Acquisition de l ’enveloppe au cours de la dernière phase de multiplication

3- Origines des enveloppes virales Bicouche lipidique provenant du système membranaire cellulaire : Membranes nucléaires Membranes du réticulum endoplasmique ou du Golgi Membranes cytoplasmiques

3- ENVELOPPE VIRALE Présence d’une enveloppe confère au virus une sensibilité aux solvants = virus + fragile Dégradation dans le milieu extérieur (chaleur; dessication) Protéines de l ’enveloppe: fonctions différentes Morphologiques Antigéniques Hémagglutinantes Enzymatiques

3- PEPLOMÈRE (GLYCOPROTEINE) Chaîne carbohydrate latérale PROTEINE Membrane virale BI-COUCHE LIPIDIQUE Protéine de capside Extrémité COOH

4- Matrice ou manteau Structure protéique située immédiatement sous l’enveloppe Rôle de stabilisation

5- CLASSIFICATION DES VIRUS SYSTÈME UNIVERSEL:1962 Lwoff, Horne et Tournier CRITÈRES DE CLASSEMENT: Nature du génome: ADN ou ARN, nombre de brins Symétrie de la capside Présence d’une enveloppe Stratégie de réplication

5- CLASSIFICATION DES VIRUS TAXONOMIE et TERMINAISONS: Famille: -viridae ex: Herpesviridae Sous-famille: -virinae ex: Herpesvirinae Genre et espèce: -virus ex: Herpesvirus PHYLOGÉNIE DES VIRUS: Permet la différenciation entre les types et sous-types Détermination des distances phylogénétiques et homologie: arbre phylogénétique QUASIESPECES: ensemble de clones constituant l ’isolat viral

VIRUS ADN PARVOVIRIDAE PAPOVAVIRIDAE ADENOVIRIDAE HERPESVIRIDAE HEPADNAVIRIDAE POXVIRIDAE

VIRUS ARN TOGAVIRIDAE FLAVIVIRIDAE BUNYAVIRIDAE REOVIRIDAE PICORNAVIRIDAE RHABDOVIRIDAE ARENAVIRIDAE CORONAVIRIDAE PARAMYXOVIRIDAE ORTHOMYXOVIRIDAE RETROVIRIDAE

6- MULTIPLICATION VIRALE Virus: parasitisme cellulaire obligatoire Spectre d ’hôte: Cellules résistantes: Pas d ’infection Cellules non permissives: Infection abortive Cellules permissives: Infection productive Cycle viral: Cycle abortif Cycle permissif: Infection aigüe Infection persistante (chronicité et latence) Transformation cellulaire (intégration ; oncogénèse)

6- Parasitisme cellulaire X Cellule résistante X Cellule non permissive Cellule permissive

Définitions Spectre d ’hôte : ensemble des organismes sensibles à l’infection par un virus Tropisme : ensemble des tissus ou des cellules sensibles à l’infection par un virus Tropisme étroit Tropisme large

6- MULTIPLICATION VIRALE 6 étapes importantes: 1- Attachement: liaison d’une protéine virale à un récepteur cellulaire spécifique (ex: gp120 du VIH / CD4 du LcT) 2- Pénétration: différente en fonction des virus Virus enveloppés: fusion membranaire Virus nus: passage à travers la membrane cellulaire (vacuoles) 3- Décapsidation: libération de l ’acide nucléique  

6- MULTIPLICATION VIRALE 4- Réplication: permet de transcrire, répliquer et traduire l ’information génétique 5- Assemblage: autoassemblage de l ’acide nucléique et des protéines néosynthétisées FORMATION DES NUCLÉOCAPSIDES 6- Libération des particules virales néoformées Virus nus: svt lyse cellulaire Virus enveloppés: libération par bourgeonnement à travers la membrane cellulaire

CycleViral 1- Attachement 2- Pénétration Fonctions cellulaires 3- Décapsidation Transcription Traduction 4- Réplication CycleViral 5- Assemblage (MATURATION) 6- Libération MULTIPLICATION

Interactions spécifiques irréversibles Etape 1: Attachement Interactions Virus / Récepteur cellulaire Interactions électrostatiques réversibles - Membrane plasmique + Glycocalyx Interactions spécifiques irréversibles

Etape 2: Pénétration #1 Endocytose /pinocytose Fusion Virus non enveloppés Fusion Virus enveloppés

Etape 2: Pénétration #2 Endocytose + Fusion Virus enveloppés pH acide

Etape 3: Décapsidation o Ex : Poliovirus

Etape 4: Réplication des virus à ADN Cellule Classe de Baltimore Classe I Herpesviridae ADNdb Classe II ADNsb ADNdb Classe VII ADN db/sb ARN(+) TI

Etape 4: Réplication des virus à ARN Cellule Classe de Baltimore Classe IV ARNsb (+) ARN(-) Picornaviridae Classe V ARNsb (-) ARN(+) Classe III ARNdb ARN(+) Classe VI ARNsb (+) ADNdb Retroviridae TI

Etape 4: REPLICATION D’UN GENOME ARN + (+) 5’ 3’ Brin (+) parental (+) 3’ 5’ Synthèse protéique (+) 5’ 3’ Synthèse du brin (-) (Etape 1) (-) (-) (-) 3’ Synthèse des brins (+) (Etape 2) Intermédiaire de réplication 5’ (+) (+) Brins (+) néoformés

Etape 4: REPLICATION D’UN GENOME ARN - (-) 5’ 3’ Brin (-) parental (-) 5’ 3’ Synthèse du brin (+) (Etape 1) (+) (+) SYNTHESE PROTEIQUE (+) 5’ 3’ (+) 3’ 5’ Synthèse des brin (-) (Etape 2) (-) (-) Brins (-) néoformés

Etape 5: Traductions virales Cytoplasmique Protéines de structure Enzymes virales Clivage par protéases virales ou cellulaires Réticulum endoplasmique Protéines membranaires Clivage par protéases cellulaires ++ Glycosylation dans le golgi

Etape 5: TRADUCTION (exemple du VIH) ARNm AAAA NH2 Gag Pol COOH M C NC protéase virale PR RT IN ARNm AAAA COOH NH2 Env gp120 gp41 Protéase cellulaire

Etape 6: Maturation et Bourgeonnement des Virus Enveloppés Protéine cellulaire Spicule virale Membrane cellulaire Cytoplasme Nucleocapside

Infections virales Grande variété des stratégies virales Pathologies variées Physiopathologies : aiguës, persistantes, latentes Epidémiologies variées Cibles thérapeutiques et immunes Évolution et adaptabilité +++

PATHOGENESE DES INFECTIONS VIRALES Pathogénèse virale: processus par lequel le virus induit l ’infection Virulence: capacité d ’un virus à produire une infection Sous la dépendance: Facteurs viraux: charge virale; porte d’entrée Facteurs de l’hôte: âge, statut immunitaire

Peau: barrière efficace sauf en cas de traumatismes VOIES D’ENTREE Peau: barrière efficace sauf en cas de traumatismes Tractus respiratoire: transmission directe par contact rapproché avec un sujet infecté (inhalation de goutellettes infectées Tractus digestif: transmission virale par ingestion d ’eau ou d ’aliments contaminés (rotavirus; entérovirus ; HAV; ... Milieu défavorable: Sécrétion gastrique (pH= 2) Présence de protéases Présence de sels biliaires Mucus et IgA sur les muqueuses

VOIES D’ENTREE Tractus génital: HSV2; papillomavirus; HBV; HIV;... Conjonctive: HSV1; adénovirus 8; ... Infection fœtale: transmission placentaire; rubéole; CMV; VZV; HBV; HIV;...

IMMUNITE Effecteurs non spécifiques Effecteurs antiviraux spécifiques Premières barrières (peau; mucus; acidité gastrique) Les Interférons: cytokines ayant une action pléïotrope (antivirale; immunostimulante; antiproliférative) Effecteurs antiviraux spécifiques Réponse humorale: Anticorps neutralisants Anticorps + complément Anticorps + cellules phagocytaires Réponse cellulaire: Lymphocytes T cytotoxiques

Courbe d’évolution de l’immunité antivirale Défenses non spécifiques Défenses spécifiques Virus Interférons et Autres défenses non spécifiques Anticorps Titre Interféron Titre d’anticorps ou titre viral 2 4 6 8 10 14 21 Jours

Video HCV life cycle: exemple http://video.aol.com/video-detail/hcv-life-cycle-part-1-2/3067545897