I.2 La transcription inverse
I.2.2 Mutations et recombinaison génétiques du VIH‐1
I.2.2 Mutations et recombinaison génétiques du VIH-1 I.2.2.1 Mutation et fidélité :
Le virus du VIH-1 possède la capacité de faire évoluer rapidement son matériel génétique, ce qui lui permet d’échapper au système immunitaire de l’hôte, à la pharmacologie antirétrovirale et de compliquer le développement d’un vaccin efficace. Il en résulte, des souches virales du VIH-1 qui varient considérablement, non seulement entre différents patients mais également au sein d’un seul patient infecté, on peut observer ces variations, juste après l'infection même s’il est infecté par un seul virus 117. La source de cette diversité virale du VIH-1 provient d'une part des mutations génétiques fréquentes qui ont lieu au cours de la réplication virale 190 et d'autre part de leurs recombinaisons qui sont liées aux mécanismes de transfert de brin 171, 191.
Pendant longtemps, on a majoritairement incriminé la RT comme étant à la source des mutations du VIH-1, notamment parce qu’elle produit des erreurs pendant la conversion du génome et ne possède pas d’activité correctrice (proof reading), c’est-à-dire qu’elle n’est pas capable de corriger les erreurs commises au cours de la rétrotranscription (de l’ordre de 10-3 à 10-4) 129, 192-194. Entre autre, dans le cycle viral, une autre enzyme, l’ARN polymérase II de la cellule hôte (RNA pol II), est responsable de la synthèse du génome ARN et ne possède pas d’activité correctrice, ce qui constitue donc un autre candidat à incriminer pour les mutations génétiques du VIH-1. En plus des erreurs réalisées par la RT et l’ARN pol II, la transcription inverse peut être affectée directement ou indirectement par des facteurs cellulaires
195, tels que les protéines APOBEC (apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide) qui affectent la fidélité et l’efficacité de la transcription inverse tout en introduisant un grand nombre de mutations dans l’ADN viral (Figure 9A).
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Figure 9A: La mutation des bases G en A médiée par les protéines APOBEC. Les
protéines APOBEC sont encapsidées dans les virions VIH-1 et sont associées au complexe de transcription inverse (RTC) au niveau des cellules inféctées, où elles y effectuent une désamination des Cytosines pour les convertir en Uraciles sur le brin d’ADN sb (-). La désamination des Cytosines n’est pas aléatoire car les membres de la famille des APOBEC possèdent des préférences à des nucléotides distincts. La désamination des Cytosines résultent en la mutation des G en A sur le brin d’ADN (+) (Adaptée d’après 195).
I.2.2.2 Recombinaisons
Le taux de recombinaison génétique des rétrovirus est plus élevé que celui des autres virus, idem que pour le VIH-1, son taux de recombinaison est plus élevé que celui d’autres rétrovirus, tels que le virus de la leucémie murine (MLV) et le « sin nombre virus » (SNV) 139, 196-202. La principale raison de ces recombinaisons est : Au cours de la synthèse du brin d’ADN (-), la RT peut changer de matrice entre les deux molécules d’ARN empaquetées dans la particule virale, la RT utilise des portions, des deux matrices ARN, pour former un ADN chimérique contenant des séquences provenant des deux molécules d’ARNg. Ce processus de transfert de brins peut se produire entre deux molécules d’ARN identiques, mais la genèse des virus recombinants, n’a lieu que si les séquences d’ARNg présentes dans la particule virale sont génétiquement différentes 139, 171.
L’exemple suivant (Figure 10A) illustre le processus par lequel une recombinaison génétique entraine à une résistance aux antirétroviraux. Prenons le cas d'une cellule infectée par deux génomes génétiquement différents : Un génome contenant des mutations dans le gène de la protéase qui permettent a celle-ci de fonctionner,
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malgré la présence d’inhibiteurs de la protéase ; un génome possédant des mutations dans le gène de la transcriptase inverse lui permettant d’échapper aux inhibiteurs de la transcriptase inverse. Par l'intermédiaire de transfert de brins lors de la transcription inverse, le brin d’ADN est copié d’une matrice d’ARN vers une autre matrice, les deux génomes se recombinent conduisant à la formation d’un génome unique multirésistant aux agents antirétroviraux 171.
Figure 10A : Schéma illustrant les recombinaisons génétiques dues aux transferts de brins et leurs implications dans la résistance aux antirétroviraux. Les traits fins bleu et rouge représentent deux ARNg distincts mais co-encapsidés dans la même particule virale. Les traits épais représentent l’ADN viral. Les fléches indiquent le sens de la synthèse de l’ADN, et les asterisques indiquent des sites de mutations qui confèrent des résistances aux inhibiteurs de la RT ou de la PR. Dans ce cas, les transferts de brins genèrent un provirus recombinant résistant aux deux types d’inhibiteurs (adaptée d’après 171).
Cependant, plusieurs étapes sont requises pour la production d’un virus recombinant : Premièrement, la cellule hôte doit être infectée par au moins deux particules virales, les ARNs des deux provirus doivent être co-encapsidés dans le même virion ; Deuxièmement, les transferts de brins doivent avoir lieu au cours de la transcription inverse, pour générer une copie d’ADN chimérique, qui va ensuite être intégrée dans le génome de la cellule hôte ; Enfin, ce virus recombinant doit être capable de se répliquer pour que les effets de sa recombinaison puissent avoir lieu
171
. La mesure du taux de recombinaison in vivo est une tâche difficile, nécessitant des montages expérimentaux complexes, qui doivent tenir compte de la proximité génétique parfois très grandes des génomes impliqués 203, la mesure de ce taux est néanmoins importante car chez le VIH-1, la recombinaison se produit beaucoup plus fréquemment que la mutation 198 et constitue la voie principale de l'évolution virale
204
. La recombinaison rétrovirale peut être sous-estimée si les possibilités de changement multiples de matrice ne sont pas prises en compte. Des mesures
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récentes estiment la vitesse de recombinaison à 12-13 événements par cycle de transcription inverse ce qui est un taux trés élevé 195, 203, ces recombinaisons ont lieu tout au long du génome du VIH-1, mais leur fréquence est très largement affectée par la structure de l’ARN dans certaines régions 191, 203, 205; elle est également affectée par l’homologie des séquences d’ARNg, c’est-à-dire, que les recombinaisons sont plus fréquentes quand les deux ARNg empaquetés appartiennent au même sous type 202. Les recombinaisons se produisent beaucoup plus fréquemment au cours de la synthèse du brin d’ADN (-) que dans le second transfert de brin comme il a déjà été dit plus haut 181, 197. La recombinaison génétique du VIH-1 est étroitement associée aux événements de transfert de brins dont nous allons présenter maintenant quelques modèles, qui permettront aussi de comprendre quels en sont leurs principaux déterminants.