Le génome du VIH-1 4


Le génome du VIH-1 (9 kb) est représenté à la figure 1-1. Il contient neuf cadres de lecture ouverts (ORF : open reading frame) qui codent pour quinze protéines (pour des revues, voir Freed 2001; Briggs and Krausslich 2011; Lever and Jeang 2011). Il contient aussi la région LTR (long terminal repeat) qui n’est pas traduite et qui sert de promoteur pour la transcription des gènes viraux. Le génome du VIH-1 contient les trois gènes communs aux rétrovirus soit les gènes gag, pol et env. Ces trois gènes sont traduits sous forme de précurseurs polyprotéiques. Le gène gag produit le précurseur Gag qui code pour les protéines de structure du virus. Le gène pol produit le précurseur Pol qui code pour les enzymes virales. Le gène env produit le précurseur Env qui code pour les protéines de l’enveloppe virale. Le précurseur Env est clivé par la furine, une protéase cellulaire, alors que les précurseurs Gag et Pol sont clivés par la protéase virale.

Les gènes gag et pol se trouvent sur le même ARNm soit l’ARNm pleine-longueur, dans deux cadres de lecture différents, et se chevauchent sur une courte région. Le gène gag est exprimé par traduction conventionnelle et produit le précurseur Pr55Gag ainsi qu’une forme tronquée du côté N-terminal de ce précurseur appelée p40. Le gène pol, qui ne possède pas de codon initiateur au début de sa séquence codante, est exprimé grâce à un mécanisme de traduction non conventionnel appelé changement programmé du cadre de lecture -1 ou frameshift -1 (pour une revue sur le frameshift du VIH-1, voir Brakier-Gingras and Dulude 2010). Ce frameshift -1 se produit durant la traduction du gène gag et entraine la synthèse d’une protéine de fusion nommée Gag-Pol ou Pr160Gag-Pol. En effet, jusqu’à la région de frameshift, la séquence de Gag-Pol est identique à celle de Gag (Figure 1-1). Comme le frameshift -1 se produit seulement entre 5 et 10% du temps, cette stratégie permet au virus de contrôler le niveau d’expression de ses enzymes par rapport à ses protéines de structure. Le maintien du rapport Gag-Pol/Gag est critique pour la réplication virale.

Le clivage de Pr55Gag génère les protéines de structure soit la matrice (MA), la capside (CA) et la nucléocapside (NC) qui forment le coeur du virion. Le virion est représenté à la figure 1-2. Ces protéines entourent et protègent le génome d’ARN viral. Le

précurseur Gag contient aussi la protéine p6 et deux peptides espaceurs, SP1 et SP2. Le rôle de l’isoforme tronquée de Pr55Gag, p40, sera discuté dans la section 1.4.3. Le clivage du précurseur Pol produit les enzymes virales essentielles à la réplication, soit la protéase (PR), la transcriptase inverse (RT) et l’intégrase (IN). Le précurseur Pol contient aussi la protéine p6*. Le clivage du précurseur Env génère la protéine de surface (SU ou gp120) et la protéine transmembranaire (TM ou gp41) qui sont localisées dans l’enveloppe lipidique virale. Ces protéines ont pour rôle de reconnaître les récepteurs et co-récepteurs cellulaires afin de permettre la fusion des membranes et l’entrée du virus dans une cellule.

Le génome du VIH-1 code aussi pour deux protéines régulatrices, Tat et Rev, et pour quatre protéines accessoires, Vif (viral infectivity factor), Vpr (viral protein r), Vpu (viral protein u) et Nef (negative factor). Leur rôle sera décrit dans la section 1.2.2.3. Tat est essentielle pour la transcription des ARNm du VIH-1. Rev joue un rôle majeur dans le transport du noyau au cytoplasme des ARNm viraux partiellement épissés et non-épissé. Les protéines accessoires jouent différents rôles qui affectent la réplication virale et/ou la pathogenèse induite par le VIH-1. Le cycle de réplication du VIH-1 est représenté à la figure 1-3.

La transcription du génome du VIH-1 génère un transcrit primaire de 9 kb aussi appelé l’ARN pleine-longueur ou ARN non-épissé. Ce transcrit est ensuite épissé alternativement grâce à de multiples sites donneurs et accepteurs d’épissage, ce qui génère une quarantaine de transcrits différents (Tazi et al. 2010). Les différentes espèces d’ARNm générées par le génome du VIH-1 sont représentées à la figure 1-4. Les protéines Tat, Rev et Nef sont traduites à partir des transcrits précoces, complètement épissés, d’une taille d’environ 2 kb. Les protéines Vif, Vpr, Vpu et le précurseur Env sont traduits à partir de transcrits tardifs partiellement épissés d’une taille d’environ 4 kb. L’ARN pleine-longueur de 9 kb sert aussi d’ARNm pour les précurseurs Gag et Gag-Pol et d’ARN génomique pour les nouvelles particules virales.

Figure 1- 1 : Schéma du génome du VIH-1. Le génome du VIH-1 (9 kb) est composé de neuf cadres de lecture ouverts (gag, pol, vif, vpr, tat, rev, vpu, env et nef) codant pour quinze protéines. L’ARN viral possède le promoteur LTR (long terminal repeat) qui contient des séquences régulatrices de la transcription des gènes viraux. La région U3 contient une boîte TATA et des sites de liaison à des facteurs de transcription cellulaires dont NF-κB et Sp1. La région R contient la tige-boucle TAR et la tige-boucle polyA (pA). La région U5 contient les nucléotides suivant la tige-boucle poly(A) jusqu’au site de liaison de l’amorce pour la transcription inverse (PBS, primer binding site). L’ADN proviral est flanqué par deux régions LTR, la région LTR étant dupliquée lors de la transcription inverse de l’ARN viral. La région 5’UTR de l’ARNm pleine-longueur contient la région R, la région U5, le PBS, le site majeur donneur d’épissage (SD, splicing donor site), le site d’initiation de la dimérisation de l’ARN génomique (DIS, dimerisation initiation site) et le signal d’encapsidation ψ. Le gène Tat et le gène Rev sont chacun séparés par un intron éliminé des transcrits lors de l’épissage. L’intron est représenté par une ligne qui relie les deux exons. Ce schéma n’est pas à l’échelle. Pour les détails, voir le texte.

Figure 1- 2 : Schéma de la maturation du virion (adapté de D’Souza et Summers (2005)). Le virion immature sort de la cellule par bourgeonnement. La protéase virale est alors activée par dimérisation et clive les précurseurs Gag et Gag-Pol. Suite à ce réarrangement, le virion est mature et infectieux. Le précurseur Gag contient différentes portions (MA, CA, SP1, NC, SP2 et p6) qui correspondent aux différentes protéines qui seront produites suite au clivage par la protéase virale. Le précurseur Gag-Pol contient différentes portions (MA, CA, SP1, NC, p6*, PR, RT et IN). Seul le précurseur Gag est représenté dans le schéma du virion immature et mature.

La variabilité du génome du VIH-1 est très grande. Cette caractéristique est principalement due aux erreurs faites par la RT virale lors de la transcription inverse comme des substitutions ou des recombinaisons. La RT virale ne possède pas de mécanisme de détection des erreurs de transcription. Elle génère environ une erreur par 104 nucléotides (nt), ce qui correspond à la taille du génome du VIH-1. Autrement dit, chaque ADN proviral transcrit par la RT porte au moins une mutation. Les mutations s’accumulent lors des cycles de réplication successifs. Chaque nouveau virion produit est un variant de la souche sauvage. Chez un patient infecté, la population virale est composée de souches sauvages et variantes. Parmi les souches variantes, celles qui ont un avantage sélectif peuvent devenir prédominantes. Cela permet au VIH-1 de s’adapter rapidement à des nouvelles conditions dans les cellules humaines. Par exemple, le virus peut développer rapidement une résistance aux antirétroviraux utilisés pour traiter les patients infectés.