Organisation génomique et structurale du VIH-1

Le virus du VIH-1 est un rétrovirus humain appartenant à la sous famille des lentivirus (du latin lenti pour lent), caractérisée par une période d’incubation longue. Il existe deux souches de VIH : le VIH-1 et le VIH-2, qui présentent des homologies au niveau de leur génome mais qui diffèrent entre elles par leur taux de transmission, leur virulence et les réponses immunitaires qu’ils déclenchent. Le VIH-1, plus virulent, est la cause la plus commune de SIDA dans le monde, alors que les cas d’infection par le VIH-2 sont essentiellement retrouvés en Afrique de l’Ouest264.

Les particules virales du VIH-1 ont une forme sphérique avec un diamètre d’environ 100 nm. Le virus est formé d’une enveloppe virale englobant une capside qui enferme dans son centre deux copies d’acide ribonucléique (ARN) simple brin. Le génome de cet ARN d’une taille de 9,6 kb est constitué de trois gènes codant pour des protéines de structure (Gag, Pol et Env), de deux gènes codant des protéines régulatrices (Tat et Rev) et de quatre gènes codant des protéines accessoires (Nef, Vif, Vrp et Vpu) (Figure 24) 268. Ces 9 gènes viraux codent pour 15 protéines.

Figure 24 : Organisation du génome du virus VIH-1 (Adapté de de Goede AL et al. 268).

Le génome de 9,6 kb se compose de deux LTR et de 9 gènes codants des protéines de structure (Gag, Pol et Env), des protéines régulatrices (Tat e t Rev) et des protéines accessoires (Nef, Vif, Vrp et Vpu).

Le gène env code pour la protéine précurseur Env de 160 kDa (gp160), qui est ensuite clivée en deux glycoprotéines d’enveloppe : la protéine de surface gp120 et la protéine transmembranaire gp41. L’enveloppe du virus est ainsi formée d’une bicouche lipidique issue de la cellule hôte dans laquelle sont ancrées les protéines gp120 et gp41 (Figure 25). Ces deux glycoprotéines sont indispensables à l’entrée du virus dans les cellules cibles. En effet, la gp120 permet l'interaction de la particule virale avec son récepteur CD4 (cluster de différenciation 4) et les co-récepteurs CXCR4 (C-X-C chemokine receptor type 4) ou CCR5 (C-C chemokine receptor type 5) des cellules cibles. La gp41 est à l'origine de la fusion entre les membranes virales et cellulaires.

Le gène gag code pour la polyprotéine précurseur Gag (Group-specif antigen) de 55 KiloDalton (kDa) (p55). Cette polyprotéine génère les protéines p24, p17, p7 et p6 après le clivage par une protéase du VIH. La capside (CA) est formée de 2000 copies de la protéine p24 qui est liée à la protéine de nucléocapside (NC) p7. La protéine de matrice (MA) p17 est associée à l’enveloppe du

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virus. La protéine p6 est importante pour l’incorporation de Vpr dans le virus. Deux peptides de liaison, p2 et p1, sont également libérés.

Le gène pol code pour le précurseur protéique Pol (p160) qui comprend trois enzymes responsables de la réplication du virus : la protéase p11, la transcriptase inverse p51/99 et l’intégrase p32. La protéase permet le clivage des précurseurs en protéines fonctionnelles. La transcriptase inverse permet la conversion de l’ARN viral en ADN qui sera intégré dans le génome de l’hôte par l’intégrase 268.

Figure 25 : Structure de virus du VIH-1.

Le VIH-1 est composé d’une enveloppe lipidique dans laquelle sont ancrées les protéines d’enveloppe (gp120 et gp41) et la protéine de matrice p17. Il contient une capside composée de la protéine de capside p24 liée à la protéine de nucléocapside p6-7 renfermant deux copies d’ARN monocaténaire et d’enzymes nécessaires à la réplication : la protéase, l’intégrase et la transriptase inverse.

Le génome du VIH-1 est également composé de plusieurs gènes impliqués dans la réplication du virus. Le gène tat code pour la protéine Tat (trans-activator of Transcription) qui joue un rôle essentiel dans la réplication du virus. Tat va se lier à une région appelée TAR présente dans les ARN transcrits natifs et permettre l’élongation des ARNm. Le gène rev code pour la protéine Rev qui permet, via son interaction avec le site de liaison RRE (Rev-responsive element), la sortie du noyau des ARNm non épissés codant pour Gag et Pol-Gag. Cette protéine permet ainsi de favoriser la traduction de ces protéines virales. Le gène nef code pour la protéine accessoire Nef (negative factor) qui joue un rôle essentiel dans la pathogénicité. En effet, elle bloque l'apoptose cellulaire et réduit l’expression du récepteur CD4 et des molécules du CMH de classe I et II. Le gène vif code pour la protéine virale Vif (virion infectivity factor), protéine nécessaire à l’assemblage correct du virus par inhibition de l’activité antivirale de APOBECC3G265. Le gène vpr code pour la protéine Vpr qui est associée à la nucléocapside et agit comme médiateur de l’import nucléaire du génome du VIH. Le gène vpu code pour la protéine accessoire Vpu (viral protein U) qui est impliquée dans l’échappement de reconnaissance par le système immunitaire en diminuant l’expression des récepteurs CD4+ et CMH-I, mais également dans le relargage des nouveaux virions produits par la cellule hôte265.

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3. Réplication du virus

Chez une personne infectée par le VIH-1, des particules virales se trouvent dans les fluides physiologiques. Lors d’un contact avec une personne saine, le virus pénètre dans l’organisme via les épithéliums muqueux (essentiellement au niveau du tractus gastro-intestinal et des muqueuses génitales) où des cellules de l’immunité sont présentes. Le virus du VIH-1 cible alors les cellules porteuses à leur surface de la molécule CD4+, à savoir les macrophages, les DC mais plus particulièrement les lymphocytes T CD4+. L’infection est initiée lors de la liaison de la protéine d’enveloppe gp120 avec le récepteur CD4+ présent sur ces cellules cibles268. Cette interaction induit un changement de conformation qui permet à la gp120 d’interagir avec le co-récepteur CCR5 et/ou CXCR4, récepteurs de chimiokines présents sur les cellules cibles (Figue 26). Cette interaction conduit à son tour à un réarrangement de la protéine gp41, qui va alors s’insérer dans la membrane de la cellule hôte et induire le phénomène de fusion. Cette étape permet l’entrée du virus dans le cytoplasme.

Figure 26 : Cycle de réplication du virus du VIH-1 (Adapté de Barré-Sinoussi et al.264).

Le cycle de réplication se divise en plusieurs étapes qui sont : la liaison du virus au récepteur CD4 et au corécepteur, la fusion avec la membrane de la cellule hôte, la décapsidation permettant la libération du génome viral et des protéines dans le cytoplasme, la transcription inverse de l’ARN en ADNc, la formation du complexe de pré-intégration (PIC) et la translocation de ce dernier vers le noyau, l’intégration de l’ ADN viral dans l’ADN de la cellule hôte et sa transcription en ARN, l’export des ARN viraux dans le cytoplasme et leur traduction en protéines, la migration de ces derniers à la surface de la membrane cellulaire , l’assemblage et le bourgeonnement des nouveaux virions et la maturation de ces derniers en nouveaux virus. Les familles des principaux antirétroviraux sont présentées en vert.

La décapsidation du virus va ensuite permettre la libération du matériel génétique du virus dans le cytoplasme, permettant la transcription inverse de l’ARN viral en ADN complémentaire

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proviral. Cet ADN va ensuite être transporté dans le noyau dans un complexe de pré-intégration (PIC) et être intégré au noyau à l’aide de la protéine Vpr. Une fois dans le noyau, l’ADNc est intégré dans le génome de la cellule hôte par l’intégrase268. Cet ADN proviral va alors être copié au cours des cycles de division des cellules et ainsi être amplifié. La transcription de l'ADNc proviral est ensuite réalisée par l'ARN polymérase II cellulaire en coopération avec Tat, qui catalyse l’initiation et l’élongation de la transcription. Les transcrits viraux précoces épissés, codant pour les protéines Nef, Tat et Rev, sont exportés dans le cytoplasme268. La protéine Rev, une fois traduite, est transloquée dans le noyau et lie les ARN non épissés (ARNg, ARNm codant pour Gag et Gag/Pol) et mono-épissés (ARN codant pour Env) via le site spécifique RRE et favorise leur export vers le cytoplasme268,269. Ces ARN sont alors traduits en protéines de structure. La protéine d'enveloppe gp160 est synthétisée dans le réticulum endoplasmique par utilisation de la machinerie de traduction de la cellule hôte et adressée à la membrane plasmique par la machinerie de sécrétion cellulaire. Lors de son transit dans l’appareil de Golgi, la gp160 est glycosylée puis clivée pour former des complexes matures gp41/gp120. La protéine Gag est également traduite puis adressée vers les rafts lipidiques (régions de la membrane riches en cholestérol) où se trouvent les glycoprotéines d'enveloppe270. Un bourgeonnement va ensuite avoir lieu au niveau de cette membrane, qui fournit les lipides nécessaires à la formation de la bicouche d’enveloppe du nouveau virus. L'assemblage en particules des monomères de Gag active l'action enzymatique de la protéase qui clive les monomères de Gag et Gag/Pol. Ce réarrangement du nouveau virion va permettre de former le virus mature, capable d’infecter à son tour une nouvelle cellule hôte268.