Le portage asymptomatique des Pestivirus
chez les ruminants
P . P . PASTORET, D. BOULANGER, B. MIGNON et S. WAXWEILER *
Résumé : Les Pestivirus sont des virus enveloppés à acide ribonucléique mono caténaire de polarité positive. Ils regroupent le virus responsable de la peste porcine classique, le virus de la maladie de la frontière chez le mouton, celui responsable de la maladie des muqueuses chez les bovins, ainsi que des isolats obtenus chez des mammifères sauvages comme le cerf rouge (Cervus elaphus). Chez les ruminants, les Pestivirus ont développé une stratégie particulièrement remarquable pour assurer leur pérennité. Ils provoquent, par transmission épigénétique, la naissance d'animaux porteurs asymptomatiques de variants non cytopathogènes du virus et immunotolérants vis-à-vis de la souche de virus qu'ils hébergent.
La présence de porteurs asymptomatiques en faible nombre permet la circulation du virus, par transmission horizontale, à l'intérieur des troupeaux, assurant ainsi la naissance d'une nouvelle génération de porteurs asymptomatiques.
MOTSCLÉS : Cervus elaphus Epidémiologie Immunotolérance -Maladies virales - Pestivirus - Portage - Ruminants.
INTRODUCTION
L'infection a s y m p t o m a t i q u e des r u m i n a n t s p a r les Pestivirus p r é s e n t e un i n t é r ê t particulier p u i s q u ' e l l e est associée à un état d ' i m m u n o t o l é r a n c e (13, 31). P e n d a n t longtemps, les connaissances sur les Pestivirus étaient difficiles à acquérir, du fait des p r o p r i é t é s p a r t i c u l i è r e s de ces virus qui r e n d e n t a r d u e s leur p r o d u c t i o n et leur purification.
Depuis le premier séquençage du génome d'un Pestivirus par R e n a r d et coll. (34,35), les progrès réalisés dans la connaissance de la biologie moléculaire de ces virus ont été e x t r ê m e m e n t r a p i d e s . Ces p r o g r è s ont é g a l e m e n t eu des r é p e r c u s s i o n s sur la compréhension de la pathogénie des maladies associées à l'infection par les Pestivirus. Depuis que Brownlie et coll. ont, en 1984 (6), à la suite des travaux de l'équipe de Liess (22), reproduit expérimentalement la maladie des muqueuses, b e a u c o u p d'inconnues sur les mécanismes responsables ont également été levées.
L a clé d e l ' é p i d é m i o l o g i e d e ces i n f e c t i o n s est l ' e x i s t e n c e de p o r t e u r s asymptomatiques et immunotolérants de souches non cytopathogènes de virus, comme cela a été démontré chez les bovins et les moutons. L'existence d'états semblables chez
* Service de virologie-immunologie, Faculté de médecine vétérinaire, Université de Liège, Institut de chimie, Bât. B6, local R80, B-4000 Sart Tilman-Liège, Belgique.
les ruminants sauvages comme le cerf rouge (Cervus elaphus), mériterait d'être recherchée afin de savoir s'il s'agit d'un p h é n o m è n e biologique universellement adopté chez les ruminants.
LES PESTIVIRUS
L e g e n r e Pestivirus r e g r o u p e a c t u e l l e m e n t trois virus identifiés depuis de nombreuses années : celui responsable de la peste porcine classique (hog cholera virus : H C V ) d o n t l'infection était déjà d é c r i t e dès le X I Xe siècle, celui r e s p o n s a b l e de la
d i a r r h é e virale b o v i n e (bovine virus diarrhoea virus : B V D V ) et de la m a l a d i e des m u q u e u s e s , infections r e s p e c t i v e m e n t décrites p a r Olafson et coll. en 1946 (30) et Ramsey et Chivers en 1953 (33), et le virus de la maladie de la frontière (Border disease virus) chez le mouton, décrite quelques années plus tard (20). Il faut ajouter, à ces trois Pestivirus, certains autres virus isolés chez des ruminants sauvages comme le cerf rouge. Des enquêtes sérologiques ont par ailleurs montré que ces infections devaient être répandues chez ces espèces (15,21,29).
D e u x biotypes du B V D V (cytopathogène et non cytopathogène) distinguables en culture de cellules, ont été isolés chez les bovins atteints de maladie des m u q u e u s e s , alors que les animaux infectés de manière persistante n'hébergent que le biotype non cytopathogène (6).
L e s Pestivirus, virus e n v e l o p p é s à acide r i b o n u c l é i q u e ( A R N ) m o n o c a t é n a i r e infectieux, de polarité positive, classés auparavant dans la famille des Togaviridae (40), s'en distinguent p a r l'absence d ' A R N subgénomique et d'une q u e u e polyadénylée à leur e x t r é m i t é 3 (32, 34) ainsi q u e p a r leur o r g a n i s a t i o n g é n o m i q u e (10). Ces différences fondamentales ont poussé le Comité international de taxonomie des virus à reclasser le genre Pestivirus dans la famille des Flaviviridae créée en 1985 (41) et qui, jusqu'à présent, ne comprenait qu'un seul genre viral, les Flavivirus (17).
Les génomes de deux souches de B V D V (10,34) et de deux souches de H C V (25,28) ont été clonés et séquencés. Chez ces deux espèces de virus, une seule phase de lecture o u v e r t e c o u v r a n t p r a t i q u e m e n t t o u t e la l o n g u e u r de l ' A R N (12 à 13 kilobases) et pouvant coder pour environ 450 kilo-Daltons en protéines a été mise en évidence. Deux courtes phases de lecture ouvertes ont également été décrites chez la souche bovine N A D L en amont de la longue phase de lecture ouverte, mais elles ne semblent pas être fonctionnelles (10,42).
L ' é t u d e de l'organisation génomique du B V D V (11) suggère que, comme chez les Flavivirus, les p r o t é i n e s de s t r u c t u r e sont c o d é e s p a r le p r e m i e r tiers du g é n o m e à l'extrémité 5', tandis que les protéines non structurales sont codées par les deux tiers restants. La première de ces protéines non structurales, la p l 2 5 , présente la particularité d'être clivée, uniquement chez le biotype cytopathogène, en p54 et p80. La protéine p54 contient une séquence riche en cystéines (Cys) similaire aux séquences des protéines «en doigt de zinc» pouvant interagir avec des acides nucléiques (14), tandis que la p80 posséderait une activité hélicase et protéolytique responsable du clivage des protéines non structurales (43). La comparaison de séquences de plusieurs souches de Pestivirus a mis en évidence la p r é s e n c e , chez c e r t a i n e s souches c y t o p a t h o g è n e s de B V D V , d'insertions de gènes cellulaires localisés dans la région c o d a n t p o u r l ' e x t r é m i t é C terminale de la p54 et se traduisant par une modification du poids moléculaire de cette
p r o t é i n e et de ses p r é c u r s e u r s (1). C h e z la s o u c h e N A D L , la s é q u e n c e i n s é r é e correspond au gène d'une protéine cellulaire non identifiée (26), tandis que dans le cas de la souche «OSc», l'insert code pour un m o n o m è r e d'ubiquitine animale (5,26).
Meyers et coll. (27) ont également décrit, chez une souche cytopathogène isolée d'un animal atteint de maladie des muqueuses, l'insertion d'une séquence correspondant à un m o n o m è r e c o m p l e t d ' u b i q u i t i n e , un f r a g m e n t d ' u n s e c o n d m o n o m è r e et u n e duplication d ' u n e s é q u e n c e virale. D ' a u t r e s souches virales c y t o p a t h o g è n e s ne semblent cependant pas contenir de telles insertions (14).
RÉPARTITION DES SOUCHES CYTOPATHOGÈNES OU NON
CYTOPATHOGÈNES CHEZ LES BOVINS INFECTÉS
Clarke et coll. (9) ont examiné la répartition des souches, cytopathogènes ou non, dans les tissus d'animaux infectés de manière asymptomatique ou morts de la maladie des muqueuses. Cette recherche avait été entreprise à la suite de trois constatations :
- les bovins infectés de manière persistante par une souche non cytopathogène du B V D V peuvent succomber ultérieurement de maladie des muqueuses, le plus souvent à l'âge de 6 à 24 mois (22,24,36,37) ;
- on retrouve chez les bovins atteints de maladie des muqueuses, les deux types de souches ;
- la m a l a d i e des m u q u e u s e s p e u t ê t r e e x p é r i m e n t a l e m e n t r e p r o d u i t e p a r la surinfection d'animaux porteurs asymptomatiques d'un biotype non cytopathogène, à l'aide d'un biotype cytopathogène antigéniquement identique (4,6).
C l a r k e et coll. (9) o n t t o u t d ' a b o r d e x a m i n é 28 cas de m a l a d i e des m u q u e u s e s s u r v e n u s n a t u r e l l e m e n t et 53 a n i m a u x souffrant de v i r é m i e p e r s i s t a n t e qui ne présentaient aucun signe clinique. Des souches cytopathogènes et non cytopathogènes é t a i e n t c o n c o m i t a m m e n t isolées chez les a n i m a u x qui souffraient de m a l a d i e des m u q u e u s e s , alors q u e seules des souches n o n c y t o p a t h o g è n e s é t a i e n t isolées des animaux infectés de manière persistante. Ces observations, en plus des résultats obtenus par reproduction expérimentale de la maladie des muqueuses, confirment que les deux b i o t y p e s sont n é c e s s a i r e s p o u r p r o v o q u e r c e t t e m a l a d i e . Ces m ê m e s a u t e u r s ont observé davantage de souches cytopathogènes dans les prélèvements intestinaux, alors que les souches n o n c y t o p a t h o g è n e s é t a i e n t associées aux cellules s a n g u i n e s , aux organes associés à la circulation sanguine et au tractus respiratoire. Ces résultats ont été confirmés par Bielefeldt O h m a n n et coll. (2).
Les deux types de souches s e m b l e n t d o n c manifester un t r o p i s m e différent. D e s antigènes de souches non cytopathogènes ont également été démontrés au niveau du système nerveux central des animaux infectés de manière persistante (16).
PATHOGÉNIE ET ÉPIDÉMIOLOGIE D E L'INFECTION PAR LE
VIRUS DE LA DIARRHÉE VIRALE BOVINE
Le m o d e de transmission et le biotype (cytopathogène ou non cytopathogène) de la souche infectante influencent la pathogénie de l'infection.
Lors d ' u n e transmission h o r i z o n t a l e , le virus, g é n é r a l e m e n t non c y t o p a t h o g è n e , p é n è t r e au niveau oro-nasal, conjunctival ou génital, s'y multiplie, puis est transporté par voie sanguine vers d'autres organes cibles comme la muqueuse intestinale. Ce m o d e de transmission p e u t e n t r a î n e r l ' a p p a r i t i o n d ' u n e d i a r r h é e o r d i n a i r e m e n t b é n i g n e s'accompagnant d'une fièvre m o d é r é e et d ' u n e leucopénie transitoire. Des anticorps neutralisants apparaissent deux à trois semaines après l'infection (7).
Si, par contre, une vache est infectée en cours de gestation, le virus peut traverser la b a r r i è r e placentaire et c o n t a m i n e r le f œ t u s (transmission é p i g é n é t i q u e ) . L'issue de l'infection dépendra du biotype et du stade du développement fœtal au moment où elle se p r o d u i t . Si u n e souche non c y t o p a t h o g è n e infecte u n e vache e n t r e les 8 0e et 1 1 0e
j o u r s de g e s t a t i o n , il p e u t s'ensuivre la naissance de veaux infectés de m a n i è r e p e r s i s t a n t e (23) p a r le b i o t y p e n o n c y t o p a t h o g è n e de la s o u c h e i n f e c t a n t e , et immunotolérants envers cette souche. L'immunotolérance est acquise par présentation des antigènes viraux pendant la période critique de l'acquisition de la tolérance (13).
Ces veaux, apparemment sains dans la majorité des cas, excrètent continuellement le biotype non cytopathogène du virus et contaminent le reste du t r o u p e a u de m a n i è r e silencieuse (38).
Si le f œ t u s est infecté à un s t a d e plus avancé de la g e s t a t i o n , il d é v e l o p p e u n e immunité spécifique active, et stérilisante.
Si le f œ t u s est infecté au s t a d e critique p a r un b i o t y p e c y t o p a t h o g è n e , les conséquences de l'infection différent également (8). Le biotype c y t o p a t h o g è n e p e u t également traverser la barrière placentaire, mais sans provoquer la naissance de veaux infectés de m a n i è r e persistante. Brownlie et coll. (8) ne sont pas parvenus à réisoler ce b i o t y p e chez des f œ t u s infectés six j o u r s a u p a r a v a n t . Ils s u g g è r e n t dès lors q u e les cellules cibles du b i o t y p e c y t o p a t h o g è n e , c o n t r a i r e m e n t à celles du b i o t y p e n o n c y t o p a t h o g è n e , n e s o n t p a s e n c o r e d i f f é r e n c i é e s a v a n t la p é r i o d e d'immunocompétence, ce qui empêcherait le virus de s'établir de manière persistante.
C o m m e il est m e n t i o n n é ci-dessus, seuls les veaux infectés de manière persistante p e u v e n t d é v e l o p p e r la m a l a d i e des m u q u e u s e s à issue toujours fatale. Celle-ci surviendrait après surinfection du veau infecté de manière persistante par un biotype c y t o p a t h o g è n e a n t i g é n i q u e m e n t i d e n t i q u e . U n e surinfection p a r u n e s o u c h e antigéniquement hétérologue, induirait une séroconversion d'autant plus importante q u e la s o u c h e s u r i n f e c t a n t e est a n t i g é n i q u e m e n t plus éloignée de la souche n o n c y t o p a t h o g è n e p e r s i s t a n t e (3). Ce p h é n o m è n e p e r m e t d ' e x p l i q u e r la p r é s e n c e d ' a n t i c o r p s spécifiques chez des a n i m a u x infectés de m a n i è r e p e r s i s t a n t e (38) qui devraient normalement en être dépourvus puisqu'ils sont immunotolérants.
DÉCLENCHEMENT DE LA MALADIE DES MUQUEUSES
Le d é c l e n c h e m e n t de la m a l a d i e des m u q u e u s e s est associé à l ' a p p a r i t i o n d ' u n e s o u c h e c y t o p a t h o g è n e a n t i g é n i q u e m e n t i d e n t i q u e à la s o u c h e n o n c y t o p a t h o g è n e h é b e r g é e . Plusieurs h y p o t h è s e s p e u v e n t être p r o p o s é e s p o u r expliquer l'origine du b i o t y p e c y t o p a t h o g è n e . C o r a p i et coll. (12) ont m o n t r é , à l'aide d ' u n e g a m m e d'anticorps monoclonaux, que les deux biotypes d'une souche virale de B V D V isolée chez un animal atteint de maladie des muqueuses étaient antigéniquement semblables. Deux hypothèses ont alors été avancées.Selon la p r e m i è r e , les s o u c h e s c y t o p a t h o g è n e s d é r i v e r a i e n t d e s s o u c h e s n o n cytopathogènes après m u t a t i o n au niveau du site catalytique ou au niveau du site du clivage (7,18). U n e mutation au niveau du site catalytique est cependant peu probable, puisqu'il a été d é m o n t r é que l'activité protéolytique de la protéine p80 est responsable du clivage de la plupart des protéines non structurales du B V D V (43) et q u ' u n seul de ces clivages est altéré chez les souches cytopathogènes.
La seconde hypothèse, impliquant un phénomène original de recombinaison entre des séquences nucléotidiques cellulaires et le génome des souches non cytopathogènes, se base sur la mise en évidence d'insertions de séquences nucléotidiques cellulaires dans le gène codant pour la p54. Ces insertions seraient responsables du clivage de la p l 2 5 (27).
A l'heure actuelle, de pareilles insertions ont été observées chez plusieurs souches cytopathogènes, mais leur absence chez d'autres souches (14) semble indiquer que cette hypothèse ne suffit pas à expliquer l'apparition des biotypes cytopathogènes.
C o m m e les deux biotypes du B V D V se distinguent uniquement par le clivage de la p l 2 5 chez le biotype cytopathogène, l'apparition de la cytopathogénicité pourrait être liée à une ou plusieurs propriétés des protéines issues du clivage, distinctes de celle(s) du précurseur.
Le caractère cytopathogène pourrait être dû à la présence du «domaine en doigt de zinc» au niveau de la p54, dont l'activité serait modifiée chez son précurseur en raison d'une conformation différente (14).
La cytopathogénicité pourrait au contraire résulter de l'activité protéolytique de la p80. O r , cette p r o t é i n e p r é s e n t e v r a i s e m b l a b l e m e n t u n e distribution intracellulaire différente chez les deux b i o t y p e s . E n effet, elle serait libre chez le b i o t y p e cytopathogène, alors que, étant liée à la p54 chez le biotype non cytopathogène, sous la forme de p l 2 5 , elle possède une extrémité N terminale très hydrophobe qui l'associerait à une membrane, ainsi q u ' u n e séquence «en doigt de zinc» qui l'associerait à des acides nucléiques (43).
CIRCULATION DES SOUCHES NON CYTOPATHOGÈNES ET
ÉPIDÉMIOLOGIE D E L'INFECTION
Les veaux infectés de m a n i è r e p e r s i s t a n t e j o u e n t un r ô l e essentiel dans l'épidémiologie de l'infection par le B V D V , puisque ces animaux sont, en définitive, la source des b i o t y p e s n o n c y t o p a t h o g è n e s et, a p r è s m u t a t i o n p o n c t u e l l e ou r e c o m b i n a i s o n , é g a l e m e n t la source des b i o t y p e s c y t o p a t h o g è n e s c a p a b l e s de déclencher la maladie des muqueuses. Les souches cytopathogènes qui émergent de la p o p u l a t i o n de b i o t y p e s n o n c y t o p a t h o g è n e s p e u v e n t se t r a n s m e t t r e aux p o r t e u r s persistants immunotolérants et les éliminer par la maladie des muqueuses qui constitue u n e s o r t e de cul-de-sac é p i d é m i o l o g i q u e . D ' a u t r e p a r t , c o m m e les s o u c h e s c y t o p a t h o g è n e s sont i n c a p a b l e s d e se multiplier chez le foetus p e n d a n t la p é r i o d e critique de l'acquisition de la t o l é r a n c e , elles ne p e u v e n t p a s g é n é r e r des p o r t e u r s asymptomatiques immunotolérants de souches cytopathogènes. Les animaux infectés de manière persistante par des biotypes non cytopathogènes sont donc bien le réservoir de l ' e n s e m b l e des s o u c h e s des deux b i o t y p e s . Ces a n i m a u x sont en g é n é r a l p e u nombreux dans les troupeaux (38,39) mais sont responsables d'une circulation rapide du virus chez les animaux de m ê m e âge, ce qui explique le pourcentage élevé d'animaux porteurs d'anticorps dans les troupeaux (38).
CONCLUSION
Les progrès réalisés ces dernières années dans la biologie moléculaire de l'infection par les Pestivirus ont abouti à une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la p a t h o g é n i e et l'épidémiologie de l'infection. M a l g r é ces p r o g r è s , c e r t a i n e s inconnues subsistent.
Il r e s t e à éclaircir définitivement l'origine des souches r e s p o n s a b l e s du déclenchement de la maladie des muqueuses : l'émergence d'un biotype cytopathogène à p a r t i r du b i o t y p e n o n c y t o p a t h o g è n e p e r s i s t a n t p e u t - e l l e s'expliquer p a r un seul mécanisme universel, ou résulte-t-elle tantôt d'une mutation, tantôt d'un p h é n o m è n e de recombinaison dont les conséquences varieraient selon les souches ?
L ' a u t r e i n c o n n u e est celle du rôle respectif des deux biotypes dans les affections n é o n a t a l e s du v e a u (19). L a p é r i o d e n é o n a t a l e s e m b l e de t o u t e façon u n e p é r i o d e critique pour les animaux porteurs persistants du virus, qui souffrent notamment du fait de l'acquisition d'anticorps spécifiques d'origine maternelle par le biais du colostrum (7), provoquant l'accumulation d'immuncomplexes avec ses conséquences habituelles. Les mères n'étant généralement pas immunotolérantes présentent en effet une réponse i m m u n e n o r m a l e a p r è s leur infection p r i m a i r e qui, chez les r u m i n a n t s , n ' i n t e r f è r e aucunement avec l'infection du fœtus. Les veaux infectés de façon persistante sont donc b r u s q u e m e n t confrontés, a p r è s la naissance, à l'acquisition d ' a n t i c o r p s spécifiques d'origine maternelle. U n e mortalité plus importante de ces animaux pourrait en résulter en période néonatale.
Enfin, il reste à démontrer que les caractéristiques épidémiologiques de l'infection p a r les Pestivirus chez les r u m i n a n t s d o m e s t i q u e s c o r r e s p o n d e n t à un p h é n o m è n e biologique général qui trouve son correspondant chez les ruminants sauvages auxquels il serait d o n c e x t r a p o l a b l e . Il est p a r c o n s é q u e n t s o u h a i t a b l e d ' é t u d i e r le m o d e de persistance des Pestivirus chez les ruminants sauvages, en particulier le cerf rouge chez qui l'infection a déjà été décrite.
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ASYMPTOMATIC CARRIAGE OF PESTIVIRUSES BY RUMINANTS. -P.-P. Pastoret, D. Boulanger, B. Mignon and S. Waxweiler.
Summary: Pestiviruses are enveloped single-chain ribonucleic acid viruses with a positive polarity. Pestiviruses include the viruses of classical swine fever (hog cholera), Border disease of sheep, mucosal disease of cattle, and isolates obtained from wild animals, such as red deer (Cervus elaphus). Among ruminants, pestiviruses have developed a remarkable strategy for assuring their persistence. Through epigenetic transmission, they lead to the birth of asymptomatic carrier animals harbouring non-cytopathic variants, which become immunotolerant to the strain of virus present.
The presence of a small number of asymptomatic carriers enables the virus to circulate within a herd by horizontal transmission, leading to the birth of a new generation of asymptomatic carriers.
K E Y W O R D S : Carrier state Cervus elaphus Epidemiology -Immunotolerance - Pestivirus - Ruminants - Viral diseases.
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RUMIANTES PORTADORES ASINTOMÁTICOS D E PESTIVIRUS. - P.-P. Pastoret, D. Boulanger, B. Mignon y S. Waxweiler.
Resumen: Los Pestivirus son virus con envoltura cuyo ácido ribonucleico de una sola cadena es de polaridad positiva. A este grupo pertenecen el virus responsable de la peste porcina clásica, el de la enfermedad de la frontera, el de la enfermedad de las mucosas y aislados obtenidos en mamíferos salvajes como el ciervo colorado (Cervus elaphus). Para asegurar su perennidad en los rumiantes, los Pestivirus han inventado una estrategia particularmente notable, que consiste en provocar el nacimiento, mediante transmisión epigenética, de animales portadores asintomáticos de variantes del virus exentas de citopatogenicidad e inmunotolerantes respecto de la cepa de virus que hospedan.
La presencia en los rebaños de un reducido número de portadores asintomáticos permite la circulación del virus por transmisión horizontal y garantiza así el nacimiento de una nueva generación de portadores asintomáticos.
P A L A B R A S CLAVE: Cervus elaphus Enfermedades virales -Epidemiología - Inmunotolerancia - Pestivirus - Porte - Rumiantes.
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