Organisation génétique et structurale du VIH-1

L’ARN génomique du VIH-1 est diploïde ; il est composé de deux molécules homologues d’ARN simple brin de 9,2 kb liées de façon non covalente, à proximité de leur extrémité 5’. Cet ARN est rétrotranscrit par la RT en un ADN double brin linéaire qui s’intègre dans le génome de la cellule hôte : on parle alors d’ADN proviral.

A-1- Séquences LTR

L’ADN rétrotranscrit est bordé de part et d’autre d’une séquence LTR non codante (figure 1). Chaque LTR se subdivise en séquences U3, R et U5. Ces extrémités sont essentielles pour la transcription de l’ADN proviral. La séquence U3 (-454 à -1) contient :

- un promoteur (-78 à -1) dont la structure est celle d’un promoteur eucaryote qui fixe l’ARN polymérase II et ses cofacteurs,

- un domaine activateur (-104 à -79) et un domaine modulateur (-454 à -105) qui fixent des facteurs transcriptionnels cellulaires stimulant la transcription.

La séquence R (+1 à +95) inclut un domaine, TAR, impliqué également dans l’activation transcriptionnelle (Karn, 1999). La transcription de l’ADN proviral par la machinerie cellulaire débute en 5’ de la séquence R située dans le LTR 5’ et prend fin en 3’ de la séquence R contenue dans la séquence LTR 3’.

Les LTR sont également essentiels pour l’intégration de l’ADN viral dans le génome de la cellule hôte. En effet, les séquences U3 et U5 possèdent des sites de reconnaissance pour la protéine virale, l’intégrase qui permet l’insertion de l’ADN viral dans le génome cellulaire.

A-2- Régions codantes

L’ADN proviral comporte 3 gènes (gag, pol et env) qui codent des précurseurs polyprotéiques (figure 1). Le clivage de ces précurseurs par la protéase virale ou une protéase cellulaire libère les protéines structurales et enzymatiques du virus.

Le gène gag code un précurseur Gag de 55 kDa (Pr55^Gag) myristylé. Cette polyprotéine est traduite à partir d’un ARNm non-épissé. Le clivage de ce précurseur par la protéase virale (PR), au cours de la maturation de la particule virale, libère les protéines structurales de matrice (MAp17), de nucléocapside (NCp7), de capside (CAp24), p1, p2 et p6.

Le gène pol code une polyprotéine qui génère trois protéines enzymatiques : la protéase (PRp12), l’intégrase (INp32) et la rétrotranscriptase (RTp66/p51). PR est libérée par un mécanisme d’autocatalyse alors que l’IN et la RT sont obtenues grâce au clivage de la polyprotéine par PR. Le gène pol n’est jamais exprimé de manière indépendante mais sous forme d’une polyprotéine de fusion Gag-Pol (Pr160Gag-Pol). Ce précurseur est obtenu par un décalage -1 du cadre de lecture en fin de synthèse de Gag (Jacks et al., 1988). Cet évènement qui est déclenché par un motif d’ARN spécifique (Parkin et al., 1992) ne se produit que pour environ 5% des ARN viraux traduits ; il a été récemment décrit en détail (Namy et al., 2006). Par la suite, la protéase virale sépare les domaines Gag et Pol.

Le gène env code un précurseur Env de 160 kDa (Pr160^Env) glycosylé (addition de 25 à 30 chaînes d’hydrates de carbone). Cette polyprotéine est exprimée à partir d’un ARNm mono-épissé. Le clivage de ce précurseur, au cours de son transport vers la membrane plasmique par une protéase cellulaire, libère la protéine de surface (SUgp120) et la protéine transmembranaire (TMgp41).

En plus de ces trois gènes communs à tous les rétrovirus, le génome du VIH-1 possède plusieurs autres gènes spécifiques des rétrovirus complexes, codant des protéines régulatrices et auxiliaires (figure 1). Les gènes tat et rev codent respectivement une protéine régulatrice de 14 kDa, Tat et une protéine régulatrice de 18 kDa, Rev. Les gènes nef, vif, vpr et vpu codent respectivement les protéines auxilaires suivantes : Nef (25 kDa myristylée), Vif (23 kDa), Vpr (15 kDa) et Vpu (16 kDa).

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Figure 2- Structure de la particule virale du VIH-1

Figure 3- Cycle de réplication du VIH-1. Après l’absorption du virus sur la membrane cellulaire par fixation sur le CD4 et l’un des deux co-recepteurs (CCR5/CXCR4), le virus pénètre dans la cellule par fusion entre l’enveloppe virale et la membrane cellulaire. Le génome viral sous forme de deux molécules d’ARN est transcrit par la RT en ADN. Une étape préparatoire de cet ADN, le 3’-processing est ensuite catalysée par l’IN. Puis l’ADN migre via un complexe de pré-intégration (PIC) dans le noyau où il est intégré définitivement dans l’ADN cellulaire par l’IN. Après la transcription et la traduction, les ARN viraux et les protéines virales s’assemblent pour former une particule virale qui bourgeonne à la membrane cellulaire. Ces particules deviennent infectieuses après maturation par la PR qui clive les précurseurs polyprotéiques en protéines structurales et en enzymes.

ARN ADN CD4 CCR5/ CXCR4 Reconnaissance du réceprteur CD4 Fusion des membranes Rétrotranscription 3’-processing Import nucléaire Décapsidation Transfert de brins Transcription en ARN viraux Traduction en polyprotéines Libération de virions immatures Maturation IN RT ^RTC PIC IN PR Assemblage de nouvelles particules virales ARN ADN CD4 CCR5/ CXCR4 Reconnaissance du réceprteur CD4 Fusion des membranes Rétrotranscription 3’-processing Import nucléaire Décapsidation Transfert de brins Transcription en ARN viraux Traduction en polyprotéines Libération de virions immatures Maturation IN RT ^RTC PIC IN PR Assemblage de nouvelles particules virales

B - La particule virale

La particule virale mature et infectieuse se présente sous une forme sphérique dont le diamètre varie entre 110 et 130 nm ; elle a une masse d’environ 2.5 10⁸ Da (figure 2). Son enveloppe externe est constituée d’une bicouche lipidique riche en cholestérol, associée à des protéines d’origine cellulaire (telles que les molécules HLA de classe I et II (Ott, 2002)) et des glycoprotéines virales de surface (SUgpl20) et transmembranaires (TMgp41). Ces deux glycoprotéines forment des trimères à la surface de la particule virale : chaque monomère étant constitué d’une sous-unité SU et d’une sous-unité TM associées de façon non covalente

Sous l’enveloppe virale, la répétition de la protéine de matrice (MAp17) myristylée à son extrémité N-terminale forme la partie externe du cœur viral. Cette protéine est sous forme monomérique, séquestrant le groupe myristique (Tang et al., 2004). Son hydrophobicité l’amène à interagir avec la bicouche lipidique.

A l’intérieur de la matrice se trouve la capside virale de forme conique, construite par l’assemblage de protéines de capside (CAp24). Elle renferme les deux brins d’ARN qui constituent le génome viral, associés à une protéine de nucléocapside (NCp7). Elle contient également les enzymes virales indispensables à la réplication (RT, PR et IN), d’autres protéines virales (p6, p2, p1, Vif, Nef et Vpr) ainsi que des protéines cellulaires (actine, cyclophiline A…) et des ARNt cellulaires.

III- Cycle de réplication du VIH-1 et thérapies anti-VIH