Chapitre 1 Introduction
1.5 Réplication de l’épisome à travers le cycle viral
1.5.2 Modes de réplication de l’ADN du VPH
1.5.2.1 Réplication : ordonnée vs aléatoire
Au cours de l’amplification, la réplication de l’ADN se fait en continu dans des cellules où un environnement similaire à la phase S est maintenu par E6, E7 et E1. Au cours de la phase de maintien du génome dans des cellules en prolifération, le mode de réplication est moins bien défini et le nombre de copies répliquées au cours de la phase S de chaque cycle cellulaire est encore un sujet de controverse. En fait, selon le type de VPH, et la lignée cellulaire utilisée, deux modes de réplications ont été rapportés. Selon le premier mode, la réplication de l’ADN viral se fait de manière ordonnée, c’est-à-dire coordonnée avec la réplication de l’ADN de l’hôte et chaque copie de l’épisome est répliquée une seule fois par cycle cellulaire (Botchan et al., 1986; Roberts and Weintraub, 1988). Selon le second mode, la réplication de l’ADN viral se fait de manière aléatoire et la réplication de chaque copie du génome a lieu plusieurs fois ou une seule fois par cycle cellulaire (Gilbert and Cohen, 1987; Piirsoo et al., 1996; Ravnan et al., 1992). Dans plusieurs des cas où une réplication aléatoire de l’ADN viral a été suggérée, il est intéressant de noter que les analyses ont été faites dans des lignées cellulaires exprimant E1 et E2 de manière constitutive ou dans des essais de réplication transitoire, c’est-à-dire récapitulant les étapes de l’établissement et non du maintien du génome. En ce sens, une étude récente suggère que le choix du mode de réplication serait dicté par les niveaux d’expression de la protéine E1. En présence de peu de E1, l’ADN viral serait répliqué de manière ordonnée tandis
qu’en présence d’une plus grande quantité de E1, l’ADN serait répliqué en mode aléatoire (Hoffmann et al., 2006). En accord avec ce modèle, nous avons récemment découvert qu’une accumulation excessive de E1 au noyau induit un arrêt de cycle cellulaire en phase S. Ainsi, le mode de réplication dit « aléatoire » pourrait en fait être dû à un prolongement de la phase S dans les cellules étudiées (Chapitre 3).
1.5.2.2 Bidirectionnelle vs unidirectionnelle
À partir d’une origine de réplication, l’ADN peut être répliqué dans une seule direction (unidirectionnelle) ou dans deux directions (bidirectionnelle), et ces modes de réplication peuvent être distingués grâce aux patrons de migration de l’ADN répliqué qui est induit lors de l’électrophorèse d'un gel de polyacrylamide en deux dimensions (gel-2D) ou par microscopie électronique (Baranska et al., 2002). En présence d’ADN circulaire, la réplication unidirectionnelle entraîne un mode de réplication de type cercle roulant (Fig. 1.18). Chez les PV, plusieurs observations appuient l'idée que l’ADN soit répliqué de manière bidirectionnelle. Par exemple, l’ouverture de l’ADN observée par microscopie électronique démontre que le double hexamère de E1 induit la formation de bulles de réplication à l’origine, qui sont caractéristiques d’une réplication bidirectionnelle (Fouts et al., 1999; Lin et al., 2002). Puis, les analyses de l’ADN répliqué in vitro ou dans des cellules maintenant un génome viral ont démontré que le patron d’ADN obtenu par gel-2D est caractéristique d’une réplication de type bidirectionnelle (Auborn et al., 1994; Flores and Lambert, 1997; Geimanen et al., 2011; Kadaja et al., 2009a).
Figure 1.18. Réplication bidirectionnelle et unidirectionnelle de l’ADN viral.
(A) La réplication bidirectionnelle est initiée par un double hexamère qui déroule l’ADN dans les deux directions et qui permet de dupliquer l’ADN. (B) La réplication unidirectionnelle de type cercle roulant est initiée par le clivage d’un des brins d’ADN à l’origine et par la formation subséquente d’un hexamère au site de clivage. Dans ce type de réplication, l’ADN constamment répliqué forme un long concatémère de génome qui est ensuite clivé afin de former plusieurs génomes. Cette figure a été adaptée à partir de Kusumoto-Matsua et al. (2011) Genes Cells (Kusumoto-Matsuo et al., 2011).
Dans d’autres études, l’obtention de patrons d’ADN viral obtenus par gel-2D suite à l’induction de la différenciation des kératinocytes, ainsi que l’observation d’un
concatémère en microscopie électronique, suggère que l’ADN est amplifié de manière unidirectionnelle (Dasgupta et al., 1992; Flores and Lambert, 1997). De plus, une étude récente réalisée avec des extraits cellulaires de kératinocytes différenciés suggère que les formes d’ADN de haut poids moléculaires obtenus au cours de la réplication de l’ADN viral seraient en fait le produit de concatémères typiques d’un mode de réplication de type cercle roulant (Kusumoto-Matsuo et al., 2011). Dans ce système, l’amplification de l’ADN par cercle roulant est dépendante de E1 et de E2. Il a donc été proposé que la réplication de l’ADN viral aurait lieu selon un type de réplication cercle roulant au cours de l’amplification du génome dans les couches supérieures de l’épithélium. Bien qu’il soit possible que l’ADN viral soit amplifié selon ce mode de réplication, les composantes protéiques qui permettraient sa réalisation restent inconnues. En effet, la réplication de type cercle roulant doit être initiée par une protéine capable d’introduire une coupure spécifique dans l’un des brins d’ADN à l’origine de réplication (Fig. 1.18). La terminaison de ce type de réplication requiert également une ou des protéines, capables de cliver et de lier l’ADN, afin de produire des ADN circulaires contenant une seule copie du génome à partir du concatémère provenant de la réplication.
De manière générale, il est accepté que le VPH réplique son ADN de manière bidirectionnelle (Geimanen et al., 2011; Schvartzman et al., 1990). Le modèle du cercle roulant devra être davantage investigué afin de déterminer si celui-ci a vraiment lieu au cours de l’amplification du génome dans les kératinocytes et, si tel est le cas, quelles protéines cellulaires sont requises pour ce processus. De plus, comme le modèle du cercle roulant n’est pas compatible avec la présence d’un double hexamère sur l’ADN viral, les mécanismes permettant d’assembler un seul hexamère sur l’ADN devront être identifiés.