IMPLICATION DE LA PROSTAGLANDINE DE SERIE E2 DANS LE CONTROLE DE L'EXPRESSION DU RECEPTEUR CCR7 CHEZ LES MONOCYTES INFECTES PAR LE
VIRUS DE L' IMMUNODEFICIENCE HUMAINE DE TYPE I
par Sandra Cote
these presentee au Departement de biologie
en vue de l'obtention du grade de docteur es sciences (Ph.D.)
FACULTE DES SCIENCES UNIVERSITE DE SHERBROOKE
1*1
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I + I
Canada
Le 12 aout 2010
le jury a accepte la these de Madame Sandra Cote dans sa version finale.
Membres du jury
Professeure Nancy Dumais Directrice de recherche Departement de biologie
Professeur Richard Blouin Membre
Departement de biologie
Monsieur Nikolaus Heveker Membre externe
Centre de recherche du CHU Ste-Justine
Professeur Luc R. Gaudreau President rapporteur Departement de biologie
SOMMAIRE
Depuis quelques decennies, le syndrome d'immunodeficience acquise a cause la mort de millions de personnes. La recherche des dernieres annees a permis de caracteriser l'agent causal, le virus de l'immunodeficience humaine, d'identifier des cibles therapeutiques ainsi que de developper des drogues permettant de controler la replication de ce virus. Toutefois, nous constatons 1'emergence de souches virales resistantes a un ou plusieurs des medicaments disponibles. De plus, bien qu'elle permette de bien controler la replication du virus, la therapie actuelle ne permet pas son eradication et il n'existe aucun vaccin efficace pour la prevention de l'infection. Le virus persiste ainsi dans certaines cellules infectees, lesquelles formeront un reservoir viral. Les monocytes represented une population cellulaire favorable a la formation d'un tel reservoir viral. Leur dissemination et leur accumulation dans les ganglions lymphatiques constitueraient une etape critique dans la persistance du virus. Les mecanismes menant a la migration des monocytes vers les ganglions lymphatiques sont actuellement meconnus.
Les travaux realises dans le cadre de cette these avaient pour objectif de mieux comprendre les evenements immunologiques et moleculaires controlant la migration des monocytes vers les ganglions lymphatiques. Dans un premier temps, nous avons demontre le role de la prostaglandine E2, une cytokine produite massivement au cours de l'infection, dans le controle de l'expression du recepteur de chimiokine CCR7 chez les monocytes. Ce recepteur est responsable de la migration des leucocytes vers les ganglions lymphatiques sous Taction chimiotactique des chimiokines CCL19 et CCL21. Nous avons demontre qu'une exposition des monocytes a la prostaglandine E2 entrainait une augmentation de leur migration vers ces chimiokines. Nous avons caracterise les voies de signalisation intracellulaire activees par la prostaglandine E2 menant a l'expression de CCR7 chez les monocytes. Nous avons ainsi etabli que la synthese d'AMPc resultant de l'activation des recepteurs EP2 et EP4 entrainait l'expression de CCR7 chez les monocytes. Nous avons ensuite demontre l'implication des kinases PKA, ERK et p38 dans ce processus.
Dans un second temps, nous avons verifie l'effet de 1'infection par le virus de 1'immunodeficience humaine sur l'expression et la fonctionnalite du recepteur CCR7 chez les monocytes exposes a la prostaglandine E2. Notre modele experimental demontre que l'exposition des monocytes au virus de l'immunodeficience humaine diminue le niveau de surface ainsi que la fonctionnalite du recepteur CCR7. Toutefois, la prostaglandine E2 augmente l'expression de CCR7 a la surface des monocytes exposes au virus, ce qui resulte en une augmentation de la sensibilite des monocytes pour la chimiokine CCL19. Nos resultats suggerent que lors de la transmission mucosale du virus de l'immunodeficience humaine, l'exposition des monocytes au virus ainsi qu'a la prostaglandine E2 pourrait favoriser la dissemination du virus vers les ganglions lymphatiques. Une meilleure comprehension de la pathogenese du virus ainsi que des mecanismes menant a la dissemination virale pourrait conduire a 1'amelioration de l'approche therapeutique actuelle.
Mots cles:
REMERCIEMENTS
La realisation de ce projet de recherche a ete rendue possible grace a la participation de plusieurs personnes. Je tiens tout d'abord a remercier la directrice de ces travaux, la Dre Nancy Dumais, pour m'avoir accueilli dans son laboratoire et confie ce projet. Je ne saurais exprimer adequatement combien j'ai apprecie la grande liberte dans laquelle elle m'a permis d'evoluer et ma gratitude pour toute la confiance qu'elle m'a accordee.
Je voudrais exprimer ma reconnaissance envers mes conseillers, Dr Richard Blouin et Dr Luc Gaudreau, pour leur temps et leurs conseils judicieux. Je tiens a souligner l'appui financier du FRSQ, du CANFAR, de la Faculte des Sciences de l'Universite de Sherbrooke et du Centre de recherche sur les mecanismes du fonctionnement cellulaire.
Merci egalement aux etudiants du laboratoire qui ont contribue a la reussite de ce projet et tout particulierement a Stamatoula Pasvanis, sans qui l'etude des monocytes primaires aurait ete tellement plus laborieuse. Je tiens aussi a remercier Stamatoula pour nos discussions scientifiques et d'autres un peu moins, pour son support moral dans les moments de doute et pour la celebration des petites victoires!
Je voudrais aussi remercier mes parents pour leur appui constant et leurs encouragements. La realisation de toutes ces annees d'etude est aussi le fruit de leurs efforts. Un merci particulier a Jean-Franpois Morin pour sa presence dans ma vie. Sa patience, son ecoute et sa comprehension m'ont permis d'accomplir ce projet et son sourire aura rendu ces annees incroyablement plus agreables.
TABLE DES MATIERES
SOMMAIRE ii REMERCIEMENTS iv
TABLE DES MATIERES v LISTE DES ABREVIATIONS ix LISTE DES TABLEAUX xii LISTE DES FIGURES xiii
INTRODUCTION 1
1. Le virus de l'immunodeflcience humaine de type 1 - VIH-1 1
1.1 L'epidemie du SID A 1 1.2 L'identification du VIH-1 3
1.3 La classification 4 1.3.1 La taxinomie 4 1.3.2 Les types, groupes et sous-groupes de VIH 5
1.4 Les caracteristiques structurales 6 1.4.1 L'organisation genomique 6 1.4.2 La morphologie des virions 10
1.5 Le cycle replicatif 11 1.5.1 La phase precoce 11
1.5.1.1 L'attachement et l'entree 12 1.5.1.2 Les phenomenes de transfert et de transcytose 15
1.5.1.3 La decapsidation, la transcription inverse et la translocation nucleaire ... 16
1.5.1.4 L'integration 17 1.5.2 La phase tardive 18
1.5.2.1 La transcription des genes viraux 18
1.5.2.2 L'assemblage 19 1.5.2.3 Le bourgeonnement et la maturation 20
1.6 Les cellules cibles 20 1.6.1 La lignee myeloi'de 21
1.6.1.1 Les monocytes 22 1.6.1.1.1 Le role des monocytes en immunite 22
1.6.1.1.2 Le VIH-1 et les monocytes 23
1.6.1.2 Les macrophages 26 1.6.1.2.1 Le role des macrophages en immunite 26
1.6.1.2.2 Le VIH-1 et les macrophages 26
1.6.1.3 Les cellules dendritiques 28 1.6.2 Les lymphocytes T CD4+ 29 1.6.3 Autres types cellulaires 31 1.7 L' immunopathogenese du SID A 32
1.7.1 Les modes de transmission du VIH-1 32
1.7.2 La primo-infection 33 1.7.2.1 La formation de reservoirs 35 1.7.3 La phase chronique 36 1.7.4 LeSIDA 38 2. La prostaglandine de serie E2 39 2.1 La synthese de la prostaglandine E2 39 2.1.1 Les etapes de la biosynthese 39 2.1.2 Les cellules productrices et le controle de la synthese 43
2.2 Les effets de la prostaglandine E2 44 2.2.1 Les recepteurs E-prostaglandine 44
2.2.2 Les roles physiologiques 47 2.2.3 L'implication en inflammation 48
2.2.4 La PGE2etle VIH-1 50
3. Les chimiokines et leurs recepteurs 52
3.2 Les recepteurs de chimiokines 55 3.3 Le controle de la migration leucocytaire 57
3.3.1 L'homeostasie 58 3.3.2 L'inflammation 58
3.3.2.1 L'entree des leucocytes dans les ganglions lymphatiques 59
3.4 Le recepteur CCR7 61 3.4.1 L'identification 62 3.4.2 Les ligands de CCR7 62 3.4.3 La transmission du signal suivant l'activation du recepteur 64
3.4.3.1 La desensibilisation du recepteur 67 3.4.4 Le recepteur CCR7 et la reponse immunitaire 67
3.4.4.1 L'importance du recepteur CCR7 pour la lignee lymphocytaire 68
3.4.4.2 L'importance de CCR7 pour la lignee myeloide 70
3.4.5 Le recepteur CCR7 et le VIH-1 73
4. Hypothese de recherche et objectifs des travaux 75
CHAPITRE 1 77 La migration specifique A CCR7 vers les chimiokines CCL19 et CCL21 est induite
par la stimulation des monocytes humains a la PGE2: implication de l'activation des
recepteurs EP2 et EP4 77
1.1 Preambule 77 1.2 Article 78
CHAPITRE II 116 La PGE2 retabli la migration vers CCL19 chez les monocytes sanguins exposes au
VIH-1 116 1.1 Preambule 116
DISCUSSION 143 CONCLUSION 160
ANNEXE 1 163 BIBLIOGRAPHIE 164
AA ADN ADNc ADNdb AMPc AP0BEC3G ARN CA CD CDC CMH COX CPA C-ter EP ERK Fc GPCR GRK HAART HEV IL IN IPs LPS LTR MA
LISTE DES ABREVIATIONS
Acide arachidonique Acide desoxyribonucleique ADN complementaire ADN double brins
Adenosine monophosphate cyclique
De l'anglais «apolipoprotein B mRNA-editing enzyme, catalytic
polypeptide-like 3G »)
Acide ribonucleique
Capside (proteine composant la)
De l'anglais « cluster of differenciation »
De l'anglais « Centers for Disease Control and Prevention » Complexe majeur d'histocompatibilite
Cyclooxygenase
Cellule presentatrice d'antigenes Carboxy terminal
Recepteur des prostaglandines E
De l'anglais « extracellular signal-regulated kinases » Portion constante des immunoglobulines
De l'anglais « G-protein coupled receptor » De l'anglais « G-coupled receptor kinase »
De l'anglais « highly active anti-retroviral therapy» De l'anglais « high endothelial veinule »
Interleukine Integrase
Inositol triphosphate Lipopolysaccaride
De l'anglais « long terminal- repeat» Matrice (proteine composant la)
MALT De 1'anglais « mucosa associated lymphoid tissue » MAPK De 1'anglais « mitogen-activatedprotein kinase » MMP De 1'anglais « matrix metalloproteinase » MMR De 1'anglais « macrophage mannose receptor » Nef De 1'anglais « negative factor »
NC Nucleocapside (proteine composant la) NK De l'anglais « natural killer »
NRE De l'anglais « negative regulatory element» N-ter Amino terminal
OLS Organe lymphoi'de secondaire
PBMC De l'anglais « peripheral blood mononuclear cell»
PG Prostaglandine
PGHS Prostaglandine G/H synthase PI3K Phosphatidylinositol 3-kinase PLA Phospholipase A
PLC Phospholipase C
PKA Proteine kinase dependante de l'AMPc PKC Proteine kinase dependante du calcium Pol II ARN polymerase II
PR Protease
RE Reticulum endoplasmique
Rev De l'anglais « regulator of virions SIDA Syndrome d'immunodeficience acquise
TAR De l'anglais « trans-activator response element» Tat De l'anglais « trans-activator of transcription» TCR De l'anglais « T-cell receptor»
TI Transcriptase inverse
TNF-a De l'anglais « tumor necrosis factor - alpha » TLR De l'anglais « Toll-like receptor »
Tme Lymphocyte T a memoire effectrice
TX Tromboxane
Vif De l'anglais « viral infectivity factor » VIH Virus de l'immunodeficience humaine VIS Virus de l'immunodeficience simienne Vpr De l'anglais « viral protein R »
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : Tableau recapitulatif des genes du VIH-1, les proteines pour lesquels ils codent et
le role principal de ces proteines virales 9 Tableau 2 : Resume des recepteurs de chimiokines et leurs ligands 56
LISTE DES FIGURES
Figure 1: Distribution de la prevalence des cas de VIH/SIDA chez l'adulte en 2007 3 Figure 2: Relation phylogenique entre les differents lentivirus infectant les primates 5
Figure 3: Representation schematique des extremites du genome du VIH-1 7
Figure 4: Organisation genomique du VIH-1 8
Figure 5: Structure du VIH-1 11 Figure 6: Schema representant le cycle replicatif classique du VIH-1 14
Figure 7: Identification des cellules d'origine hematopoietiques cibles du VIH-1 et des voies
de transmission du virus entre ces differents types cellulaires 21
Figure 8: Patron typique du cours de l'infection au VIH-1 34
Figure 9: Synthese de la PGE2 42 Figure 10: Principales voies de signalisation activees par les recepteurs de PGE2 45
Figure 11: Organisation des residus cysteines conserves chez les chimiokines 53
Figure 12: Structure et organisation d'un ganglion lymphatique 60 Figure 13: Transmission de signaux intracellulaires par l'activation du recepteur CCR7 66
Figure 14: Schema recapitulatif des effets de la PGE2 et du VIH-1 sur l'expression et la
INTRODUCTION
1. Le virus de l'immunodeficience humaine de type 1 - VIH-1
1.1 L'epidemie du SIDA
Au cours de l'ete de 1981, les CDCs (de l'anglais « Centers for Disease Control and
Prevention ») bases a Atlanta ont recense quelques cas de jeunes hommes presentant des
pathologies atypiques a leur historique medical (CDC, 1981a; CDC, 1981b). En effet, ces personnes n'ayant pas de condition medicale prealablement etablie pouvant expliquer ces manifestations souffraient d'infections opportunistes rares et de cancers atypiques. Les premiers cas sont apparus a Los Angeles et un mois plus tard d'autres cas ont ete declares a New York et San Francisco. Rapidement, la cause de cette condition a ete identifiee et 1'immunosuppression permettant l'emergence des infections opportunistes a ete liee a une depletion majeure de la population de cellules T auxiliaires CD4+ (Gottlieb et al., 1981). Les CDCs nommerent alors ce deficit immunitaire, syndrome d'immunodeficience acquise, SIDA (CDC, 1982). Mais quelle etait l'origine de cette immunosuppression? Pourquoi les cellules T CD4+ disparaissaient de la circulation sanguine de ces individus?
Les premiers cas de ce syndrome etaient exclusivement recenses chez des hommes d'orientation homo- ou bisexuelle, ayant de multiples partenaires. Les relations sexuelles entre hommes ont initialement ete associees a la maladie et meme proposees comme facteur implique dans la progression de la maladie (CDC, 1981b). Cette conception erronee a du etre corrigee lorsque d'autres cas ont emerge, mais cette fois chez des individus n'ayant que des pratiques heterosexuelles. Ces individus avaient toutefois certaines conditions en commun, on retrouvait des utilisateurs de drogues injectables (Masur et al, 1982) ou encore des individus ayant repu des produits sanguins dans un cadre therapeutique (CDC, 1982; CDC, 1983c). L'implication d'un pathogene a alors ete soulevee et plus particulierement un pathogene d'origine virale. En effet, certains cas de SIDA ont ete declares chez des individus ayant re<?u
des produits sanguins filtres, done depourvus de microorganismes (CDC, 1982). Deux ans plus tard, l'origine virale de l'agent causal etait confirmee.
Si cette infection a tout d'abord ete diagnostiquee aux Etats-Unis, elle n'y etait pas limitee. Plusieurs cas similaires a ceux decrits par les CDCs americains ont ete recenses pendant la meme periode dans le reste de l'Amerique du Nord (CDC, 1983a), en Europe (CDC, 1983b) et en Afrique (Offenstadt et al, 1983; Van de Perre et al., 1984). Depuis 1981, le nombre de personnes vivant avec le VIH/SIDA n'a cesse de s'accroitre. En 2008, le nombre total de gens vivant avec le VIH-1 est evalue a 31.1-35.8 millions par l'organisme ONUSIDA (UNAIDS, 2009a). Tel qu'illustre a la figure 1, ce nombre n'est pas reparti uniformement sur l'ensemble du globe, les pays en voie de developpement sont particulierement touches par l'infection, on y retrouve 96% des cas de SIDA (UNAIDS, 2008; UNAIDS, 2009b). La region de l'Afrique Sub-Saharienne demeure la region la plus eprouvee et compte 67% du nombre total des cas d'infections au VIH et 72% des moits causees par le SIDA (UNAIDS, 2009a).
Bien que la prevalence du VIH/SIDA soit en dessous de 0,5% (UNAIDS, 2008), il ne faudrait pas sous-estimer l'importance de l'epidemie au Canada. On estime a 2000 le nombre de nouveaux cas d'infection au VIH-1 au pays chaque annee, portant a 58 000 le nombre estime de personnes vivant avec VIH-1 au Canada en 2005 (PHAC, 2007). On evalue que 40% des infections ont ete contractees lors de rapports sexuels entre hommes, 19% lors de l'utilisation de drogues injectables et 33% lors de relations sexuelles entre personnes de sexe oppose (UNAIDS, 2008). II est important de noter que ces derniers cas sont majoritairement rapportes pour des Canadiens dont le pays d'origine est un pays a haute incidence pour le VIH/SIDA.
Le tout dernier rapport emis par l'ONUSIDA sur la progression de la pandemie de SIDA est plutot rassurant (UNAIDS, 2009b). L'ONUSIDA rapporte que le nombre de nouvelles infections a l'echelle mondiale est passe de 3 millions pendant l'annee 2001 a 2,7 millions en 2007. Ce rapport revele aussi une diminution du nombre de personnes decedees des suites de l'infection, passant de 2,2 millions en 2005 a 2 millions en 2007. Une problematique
importante demeure, pour 2 personnes infectees ayant acces a la therapie, 5 autres sont infectees et non traitees. Ces conditions favorisent done toujours 1'expansion de la pandemie.
<ai%
No data available
Figure 1: Distribution de la prevalence des cas de VIH/SIDA chez l'adulte en 2007.
La prevalence indique le pourcentage.de personnes vivant avec le VIH/SIDA dans la population, par pays, a un moment fixe. Source : (UNAIDS, 2008).
1.2 L'identification du VIH-1
L'identification du virus responsable du SIDA a valu aux chercheurs Fran?oise Barre-Sinoussi et Luc Montagnier le prix Nobel de physiologie et medecine 2008. En 1983, cette equipe de recherche specialisee dans les retrovirus humains a demontre la presence d'un retrovirus, a ce moment inconnu, dans la biopsie d'un ganglion d'un patient presentant une lymphadenopathie diffuse et d'autres signes precurseurs du SIDA (Barre-Sinoussi et al, 1983). Rapidement, leur decouverte a ete appuyee par une equipe americaine des instituts nationaux en sante (NIH - de l'anglais « National Institutes of Health ») qui a aussi isole un retrovirus a partir de cellules sanguines prelevees d'individus atteints du SIDA (Gallo et al, 1983).
Plusieurs equipes ont travaille simultanement a 1'identification du virus responsable du SIDA, plusieurs y sont arrives dans des delais plus ou moins rapproches et, comme c'est souvent le cas, identifiaient l'agent causal a leur maniere. Si bien que le meme virus etait nomme LAV (de l'anglais «lymphadenopathy-associated virus ») (Casareale et al., 1983), HTLV-III (de l'anglais « human T-cell leukemia virus type III ») (Gallo et al., 1983) ou ARV (de l'anglais
« AIDS-related virus ») (Levy et al., 1984), causant beaucoup de confusion a un moment ou
toute l'efficacite du monde scientifique devait etre mise a profit (Ratner et al., 1985). C'est en 1986 que le Comite International de Taxonomie des Virus a etabli l'appellation que nous lui connaissons aujourd'hui, virus de l'immunodeficience humaine - VIH (Coffin et al., 1986).
1.3 La classification
1.3.1 La taxinomie
Le VIH-1 est un membre de la famille des Retroviridae (ICTVdB-Management, 2006), laquelle correspond au groupe VI selon la classification de Baltimore (Baltimore, 1971). Cette famille de virus possede deux enzymes essentielles a leur cycle de replication, l'ADN polymerase ARN dependante ou transcriptase inverse et l'integrase. Ces deux enzymes caracterisent les Retroviridae (Turner et al., 1999). La transcriptase inverse permet la synthese d'un ADN double brin (ADNdb) a partir de l'ARN simple brin viral. Cet ADN viral est ensuite integre dans l'ADN genomique de la cellule hote sous Taction de Tenzyme integrase et y demeura tout au long de la survie de la cellule. Les Retroviridae sont divises en deux sous-families, les Orthoretrovirinae et les Spumaretrovirinae. Le VIH-1 est un membre des
Lentivirus, un genre de la sous-famille des Orthoretrovirinae (ICTVdB-Management, 2006).
Les lentivirus - du latin «lentus », lentement - causent des maladies caracterisees par une longue periode de latence (Clements et al., 1996).
1.3.2 Les types, groupes et sous-groupes de VIH
II existe 2 types de VIH pouvant causer une pathologie chez l'humain, VIH-1 et VIH-2, lesquels different principalement par leur origine et leur organisation genomique. Des etudes phylogeniques ont demontre que le VIH-1 resulterait de transmissions interespeces du virus de l'immunodeficience simienne (VIS), plus precisement avec la souche de VIScpz infectant le chimpanze Pan troglodytes troglodytes, vers l'humain (Heeney et al., 2006). Dans le cas du VIH-2 ce serait plutot une transmission interespece du VIS infectant le macaque Cercocebus
torquatus atys (VISmm, de l'anglais « sooty mangabeys or macaques SIV») (Hahn et al.,
2000). L'arbre phylogenique du VIH retrouve a la figure 2 met en evidence cette distance entre le VIH-1 et le VIH-2, mais aussi leur rapprochement respectif pour le VIScpz et VISmm.
Figure 2: Relation phylogenique entre les differents lentivirus infectant les primates. L'alignement de la sequence du genepol des differents lentivirus retrouves chez les primates permet de mettre en evidence la proximite entre le VIH-1 et le VIScpz ainsi qu'entre le VIH-2 et le VISmm. Cette representation permet aussi de visualiser la distance entre les differents groupes et sous-groupes de VIH-1. Source (Reeves et al., 2002)
SI VMM
La repartition mondiale ainsi que 1'incidence du VIH-2 sont beaucoup plus restreintes que pour le VIH-1. Le VIH-2 est principalement retrouve dans l'ouest de l'Afrique, en Inde, dans une moindre mesure au Portugal, ainsi que dans certaines colonies portugaises (Reeves et al., 2002). De plus, la progression de la maladie associee au VIH-2 est generalement plus lente (Jaffar et al., 2004) et la transmission du virus semble aussi moins efficace, dans le cas de la transmission horizontale ou verticale (Reeves et al., 2002).
Le VIH de type 1 (VIH-1) est subdivise en trois groupes selon leur proximite genomique : M (de l'anglais « major »), N (pour les virus non-M et non-O) et O (de l'anglais « outlier ») (Charneau et al., 1994; De Leys et al, 1990; Gurtler et al., 1994). Le groupe M est responsable de la majorite des infections a travers le monde (Buonaguro et al., 2007). Ce groupe est subdivise en 9 groupes (A-D, F-H, J et K) (Robertson et al, 2000). Le groupe B est predominant dans les Ameriques, en Europe et en Oceanie, alors que le sous-groupe C est le plus frequent dans le sud de l'Afrique (McCutchan, 2000). De plus en plus, des souches issues de recombinaisons entre les sous-groupes apparaissent. On assiste par exemple a l'emergence de souches A/B, A/E ou B/C (Powell et al., 2007; Toni et al, 2005).
1.4 Les caracteristiques structurales
1.4.1 L'organisation genomique
Comme les autres membres de la famille des retrovirus, le genome du VIH-1 est compose d'ARN et transports en 2 copies identiques dans les virions. Le genome de la souche de reference a une taille totale de 9181 bases (numero d'accession: NC 001802). L'ARN genomique viral (ARNv) est coiffe en 5' et porte une queue polyadenylee (poly-A) en 3', a la maniere d'un ARNm (represents a la figure 3). Le genome est circonscrit par les regions R en 5' et en 3'. Adjacentes aux regions R, on retrouve les regions uniques a chaque extremite, les regions U5 et U3. La retro-transcription engendre une duplication des regions U et la formation des LTR (de l'anglais « long terminal repeat ») qui sont alors identiques a chaque extremite. Les LTRs sont done formes des regions U3 (nucleotides (nt) -453 a -1), R (nt +1 a
+98) et U5 (nt +99 a +180) (Pereira et al., 2000). Le 5'LTR se termine avec le site de fixation de l'amorce pour la retro-transcription PBS (de l'anglais « primer binding site »). Le 3'LTR debute en aval de la sequence polypurine (PPT, de l'anglais « polypurine tract»). La jonction des regions R et U5 contient le signal de polyadenylation (Clements et al., 1996).
Coffc- 5' U5
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Resro-sranscription m USC
ADMv RFigure 3: Representation schematique des extremites du genome du VIH-1.
Tel que transports dans le virion, l'ARNv porte une coiffe en 5' ainsi qu'une queue poly-A en 3'. La retro-transcription permet la duplication des regions U3 et U5, ce qui entraine la formation des LTRs, identiques a chaque extremite du genome, permettant le controle de la transcription des genes viraux.
La transcription des genes viraux est controlee par le 5'LTR. La region U3 regroupe les plus importants elements regulateurs de transcription, le promoteur basal, l'amplificateur et une region modulatrice comprenant la sequence de regulation negative NRE (de l'anglais
«negative regulatory element») (Pereira et al., 2000). L'element TAR (de l'anglais «trans activating region »), ou se fixe le trans-activateur viral Tat, est retrouve dans la
region R (Van Lint et al., 1997). Plusieurs sites de fixation pour des facteurs de transcription cellulaires sont retrouves dans les regions U3, R et U5 (Pereira et al., 2000). La region U3 contient deux sites consensus pour la fixation du facteur N F - K B et trois sites SP1 juste en amont d'un site consensus TATA. Les sites N F - K B et SP1 permettent la fixation de facteurs endogenes de la cellule hote qui sont responsables de la transcription des genes viraux en l'absence de Tat (Pereira et al., 2000).
Les Retroviridae possedent un minimum de trois genes communs, toujours presents dans la meme orientation: gag, pol et env (Coffin, 1997). Ces genes codent pour les proteines de structures, les enzymes et les proteines de l'enveloppe. Les virus ne possedant que ces trois genes sont dits virus simples. II existe aussi des retrovirus complexes, dont le genome est caracterise par la presence de genes codant pour des proteines accessoires en plus des trois genes essentiels. Tel qu'illustre a la figure 4, le genome du VIH-1 contient les genes gag, pol et env, mais aussi de nombreux genes accessoires, codant pour un total de 15 proteines (Frankel et al., 1998). Le role de chacune de ces proteines sera integre dans l'explication du cycle replicatif du VIH-1 a la section 1.6, un resume est toutefois presente dans le tableau 1.
Figure 4: Organisation genomique du VIH-1.
Le VIH-1 est un virus au genome complexe, on y retrouve les trois genes essentiels gag, pol et env, mais aussi de nombreux genes accessoires. Les regions regulatrices LTR sont presentes a chaque extremite du genome. Source : (Cohen et al., 2008)
Tableau 1 : Tableau recapitulatif des genes du VIH-1, les proteines pour lesquels ils codent et le role principal de ces proteines virales.
Gene Proteine Role de la proteine
gag
MA - p l 7 Constitue la matrice (Turner et al., 1999).
gag
C A - p24 Constitue la capside (Turner et al., 1999).
gag NC - p7 Constitue la nucleocapside (Turner et al., 1999).
gag
p6 Incorporation de Vpr (Kondo et al., 1995).et bourgeonnement des virions (Huang et al., 1995).
pol
Transcriptase inverse - TI
Enzyme responsable de la retrotranscription de 1'ARN en ADN (di Marzo Veronese et al., 1986).
pol Integrase - IN Enzyme responsable de l'integration de l'ADN viral dans le genome de la cellule hote (Katz et al., 1994).
pol
Protease - PR Enzyme responsable du clivage des precurseurs et de la maturation des proteines (Frankel et al., 1998).
env
SU - gpl20 Constitue l'enveloppe, lie le recepteur CD4 (Clapham, 1997).
env
TM - gp41 Constitue l'enveloppe (Veronese et al., 1985), responsable de la fusion des membranes lors de 1'entree (Frankel et al., 1998).
vif Vif Lie la proteine antivirale APOBEC3G (Sheehy et al., 2003).
vpr Vpr
Favorise le transport du complexe de pre-integration dans le noyau, augmente la production virale, arrete les cellules infectees en G2 (Cohen et al., 1996).
vpu Vpu Favorise la liberation des virions, reduit l'expression du CD4 (Frankel et al., 1998).
tat Tat Regulateur positif de la transcription (Frankel et al., 1998).
rev Rev Permet le transport des transcrits non episses hors du noyau (Pollard et al., 1998).
nef Nef Augmente l'infectivite, diminue l'expression du CD4, des CMH I et II (Mangasarian et al., 1997).
1.4.2 La morphologie des virions
Le VIH-1 possede une organisation structurelle complexe qui consiste en un assemblage de plusieurs couches protectrices conferant une apparence spherique en microscopie electronique, telle qu'observee a la figure 5. Les retrovirus sont des virus enveloppes. Cette membrane est constitute d'une portion de la cellule hote dans laquelle sont inserees les glycoproteins virales. La membrane cellulaire pourrait etre decrite comme une mer de lipides dans laquelle on retrouve des llots de proteines et c'est une portion de cette membrane qui recouvre chacun des virions. On retrouve done a la surface des virions, des proteines de la cellule hote. De telles proteines peuvent influencer la susceptibilite et la progression de l'infection au VIH-1, c'est par exemple le cas pour les proteines CD40L (Maurais et al., 2009), HLA-DR (Cantin et
al., 1997; Castilletti et al., 1995), ICAM-1 (Paquette et al., 1998), CD45, CD80 et CD86
(Esser et al., 2001; Martin et al., 2004).
L'ARN genomique du VIH-1 est transports dans une structure complexe illustree a la figure 5. (Turner et al., 1999). Exposee a la surface du virus, on retrouve la proteine SU-gpl20 virale, une proteine hautement glycosylee (Montefiori et al., 1988). Elle est enchassee dans la bicouche lipidique par la proteine TM-gp41, cet arrangement confere une allure epineuse au virion. La membrane recouvre ensuite la matrice, une coque spherique composee de multiples copies de la proteine MA-pl7. La capside conique est retrouvee dans la matrice, elle est constitute d'un assemblage de la proteine virale CA-p24. Cette structure contient la nucleocapside, composee des deux copies du genome viral d'ARN associees a de nombreuses proteines pour former un complexe ribonucleoproteique. La proteine de la nucleocapside NU-p7 est majoritaire, mais on retrouve aussi les enzymes virales : la protease, la transcriptase inverse et l'integrase. Les proteines accessoires Nef, Vpr et Vif sont aussi encapsidees.
Figure 5: Structure du VIH-1.
L'encadre represente une photographie en microscopie electronique du VIH-1 mature (Takasaki et al., 1997). Le schema represente une coupe transversale du VIH-1. Adapte de : NIAID - NIH
1.5 Le cycle replicatif
Les virus sont des parasites intracellulaires obligatoires, ils doivent done penetrer a l'interieur d'une cellule hote afin de s'y multiplier. Leur replication depend essentiellement de la machinerie cellulaire et fait generalement intervenir des proteines virales. Tel que represente a la figure 6, le cycle replicatif du VIH-1 se divise en 2 phases distinctes, avec l'integration du genome viral dans le genome de la cellule hote comme etape discriminante.
1.5.1 La phase precoce
La phase precoce du cycle de replication du VIH-1 refere aux etapes realisees par le virus, de la reconnaissance d'une cellule cible, jusqu'a l'insertion du genome viral dans celui de la
cellule hote. Le virus est alors retrouve sous forme de provirus, ce qui rend l'infection au VIH-1 permanente et irreversible.
1.5.1.1 L'attachement et l'entree
La premiere etape d'une infection productive est l'attachement du virus a la cellule hote. Ce contact est generalement caracterise par une interaction specifique entre une proteine virale et un recepteur cellulaire. Dans le cas d'une infection typique par le VIH-1, la proteine virale SU-gpl20 sert a cette interaction et le recepteur cellulaire utilise dans cette situation est le CD4 (Dalgleish et al., 1984). Dans l'enveloppe virale, la gpl20 est retrouvee sous la forme d'un heterotrimere, liee par des liaisons non covalentes, avec la proteine TM-gp41 (Leonard et
al., 1990; Lu et al., 1995). Cette interaction induit un changement de conformation de la
gpl20 qui stabilise le contact gpl20-CD4 en plus de demasquer la boucle V3 de la gpl20 qui se lie alors au co-recepteur (Cocchi et al., 1996; Rizzuto et al., 1998). La liaison gpl20-CD4 n'est toutefois pas suffisante pour permettre l'entree du virus dans la cellule hote.
L'implication d'un co-recepteur est essentielle afin de permettre l'infection de la cellule (Feng
et al., 1996). Les co-recepteurs generalement empruntes sont les recepteurs de chimiokines
CCR5 ou CXCR4 et definissent le tropisme de la souche de VIH-1 (Alkhatib et al., 1996; Deng et al., 1996; Dragic et al., 1996; Feng et al., 1996). On dira qu'une souche est R5-, X4-ou meme dX4-ouble-tropique, selon qu'elle utilise les recepteurs CCR5, CXCR4 X4-ou l'un et l'autre. La selection du recepteur est realisee par l'affinite de la boucle V3 pour le co-recepteur, determinee par les residus retrouves dans la boucle (Napier et al., 2007; Rosen et
al., 2006). En plus du CCR5 et du CXCR4, d'autres proteines de surface, surtout des
recepteurs couples aux proteines G (GPCR, de l'anglais : « G-protein coupled receptor »), peuvent servir de co-recepteur pour le VIH-1, c'est le cas des recepteurs CCR1, CCR2b, CCR3, CCR8, CCR9B, CCR10, XCR1, CXCR6, D6, FPRL1, GPR1 et GPR15 (Clapham et
La liaison de la boucle V3 avec le co-recepteur entraine un changement conformationnel de la gpl20 et, indirectement, de la gp41. Ce changement conformationnel de la gp41 entraine une exposition de sa chaine N-terminale (N-ter), riche en glycines et fortement hydrophobe (Frankel et al., 1998). La queue N-ter de la gp41 agit comme peptide de fusion entre l'enveloppe virale et la membrane cellulaire, en s'inserant dans cette derniere. Les deux membranes vont alors fusionner et permettre le relachement de la capside virale dans le cytoplasme de la cellule hote.
Bien que le recepteur CD4 soit le ligand preferentiel de la gpl20, cette derniere peut lier de nombreuses autres molecules retrouvees a la surface de multiples types cellulaires. Ces interactions ne menent pas necessairement a une infection productive, mais favorisent certainement une plus grande entree du virus dans les cellules. De plus, ces interactions vont aussi favoriser le transfert viral dont il sera question dans la section 1.6.1.2.
Parmi ces recepteurs, on retrouve le recepteur DC-SIGN (de l'anglais « dendritic cell-specific
intercellular adhesion molecule 3-grabbing nonintegrin »), une lectine presente a la surface
des cellules dendritiques et des macrophages (Geijtenbeek et al., 2000). D'autres lectines peuvent aussi permettre l'attachement du VIH-1 par la gpl20, notamment le recepteur DCIR (de l'anglais «dendritic cell immunoreceptor) (Lambert et al., 2008), les recepteurs du mannose MBP (de l'anglais « mannose binding proteins») et MMR (de l'anglais
« macrophage mannose receptor ») (Ezekowitz et al., 1989; Larkin et al., 1989; Nguyen et al.,
2003; Trujillo et al., 2007). Bien qu'il ne s'agisse pas d'un recepteur proteique, le galactosyl ceramide (GalCer) et ses sulfo-derives peuvent aussi favoriser 1'infection des oligodendrocytes et des cellules epitheliales colorectales par l'interaction avec la gpl20 (Harouse et al., 1995).
©
Figure 6: Schema representant le cycle replicatif classique du VIH-1.
Ce schema represente les etapes cles du cycle replicatif du VIH-1 se produisant lors d'une infection classique, comme il aurait lieu lors de l'infection d'un lymphocyte T CD4+ par exemple. 1- Le VIH-1 s'attache a la surface de la cellule cible par la gpl20 au recepteur CD4, ce qui entraine un changement de conformation de la gpl20 et expose la boucle V3. 2- La boucle V3 de la gpl20 se lie au co-recepteur CCR5 ou CXCR4. Cette liaison engendre un changement de conformation de la gp41. 3- Le peptide de fusion est expose et l'enveloppe virale fusionne avec la membrane cellulaire. 4- La capside entre dans le cytosol. 5- L'ARN viral est retro-transcit en ADNdb et est 6- transporte au noyau. 7-L'ADN viral est integre dans le genome de la cellule, sous forme de provirus. 8- Le genome viral est transcrit par 1'ARN pol II sous Taction de Tat. 9-10-11- Les ARNm codant pour la gpl60 sont episses, traduits dans le RE et transportes a la membrane cytoplasmique. 12- Le genome viral est transcrit en totalite et rapidement exporte hors du noyau par Rev. 13- Les ARNm des precurseurs Gag et Gag-Pol sont traduits dans le cytoplasme et transportes a la membrane. La portion NC du precurseur Gag lie TARN genomique viral et le transporte a la membrane pour Tencapsidation. 14- L'assemblage des proteines induit une courbure dans la membrane cellulaire et 15- le bourgeonnement du virion. 16- La protease PR catalyse le clivage de chacune des proteines virales a partir des precurseurs afin d'engendrer une particule virale infectieuse. Adapte de : (Turner et al., 1999).
L'entree de la capside virale dans le cytosol a generalement lieu apres la fusion de l'enveloppe virale et de la membrane cellulaire. Bien que ce phenomene ait lieu dans la majorite des infections, il est aussi possible que le virion soit endocyte avant qu'ait lieu la fusion. Ce phenomene est particulierement present chez les phagocytes, macrophages et cellules dendritiques. Dans cette situation, le virion est internalise dans une vesicule d'endocytose, ou il demeure intact (Clotet-Codina et al, 2009), et les etapes d'attachement et d'entree vont se produire a partir de la vesicule. La capside est ensuite relachee dans le cytosol (Miyauchi et
al, 2009). L'endocytose du virion permet au virus d'echapper au systeme immunitaire
puisque aucune proteine virale n'est laissee a la surface, comme c'est le cas lorsque la fusion a lieu a la membrane plasmique (Miyauchi et al, 2009).
1.5.1.2 Les phenomenes de transfert et de transcytose
L'attachement du VIH-1 a un recepteur de surface afin d'entrer dans la cellule hote constitue la voie « classique » de l'infection. II est toutefois possible pour le virus d'infecter les lymphocytes T CD4+ par une voie « alternative ». Le virus peut demeurer attache a la surface des cellules dendritiques, des macrophages, des lymphocytes T CD4+, des neutrophiles, des cellules epitheliales et endothelials sans entrer dans ces cellules (Blanco et al, 2004). Dans cette situation, le virus peut alors etre transmis aux lymphocytes T CD4+ lors d'un contact cellule-cellule, le rapprochement favorisant la transmission (Sato et al, 1992). La transmission du virus par contact cellule-cellule prend de plus en plus d'importance dans l'etude de l'infection au VIH-1, et ce avec raison, puisque ce mode d'infection serait de 100 a 1000 fois plus efficace que l'infection classique ou le virus doit naviguer dans l'espace intercellulaire (Cameron et al, 1992b; Martin et al, 2009).
Chez les macrophages et les cellules dendritiques, l'endocytose des virions decrite precedemment favorise le transfert. Le contenu de la vesicule endocytotique peut etre libere dans l'espace synaptique lors de la formation de la synapse immunologique avec un lymphocyte T CD4+ (McDonald et al., 2003; Smith et al, 2007). Cette synapse est essentielle a la presentation efficace des antigenes par les macrophages et cellules dendritiques aux
lymphocytes T CD4+. Ce processus entraine un rapprochement entre la cellule dendritique ou le macrophage et le lymphocyte T qui provoque une quasi-fusion des membranes (Delon, 2000). Le virus emergeant de la cellule productrice peut alors entrer directement dans le lymphocyte T CD4+ (Clotet-Codina et al., 2009) et poursuivre le cycle replicatif.
La participation des cellules epitheliales dans le transport du VIH-1 a travers les muqueuses est importante dans l'etablissement de l'infection. Tel que decrit precedemment, le VIH-1 peut s'attacher a la surface des cellules epitheliales par l'interaction avec des polysaccharides sulfates. Cet attachement peut mener a l'infection productive de certains types cellulaire, mais peut aussi entrainer la transcytose du virus chez d'autres (Bobardt et al., 2007; Fotopoulos et
al., 2002). Dans ce cas, le virus sera endocyte et la vesicule sera transportee d'un pole de la
cellule au pole oppose (Bomsel, 1997). Le virus peut alors passer de la lumiere de la muqueuse vers les tissus lymphoides associes aux muqueuses qui sont riches en cellules immunitaires, cibles du virus (Bomsel, 1997).
1.5.1.3 La decapsidation, la transcription inverse et la translocation nucleaire
Suite a la fusion des membranes et l'entree de la capside virale dans la cellule hote, le genome viral doit etre rendu accessible pour qu'aient lieu la transcription inverse et 1'integration. La nucleocapside doit done etre liberee de la capside, ce processus est nomme decapsidation. Le mecanisme menant a la destabilisation de la capside est encore mal connu. La proteine CA est un determinant majeur du processus (Aiken, 2006). Le nombre de copies de CA affecte la stabilite de la capside et son desassemblage. D'infimes perturbations dans la sequence de CA affectent l'efficacite de la decapsidation. Les proteines virales MA, NC, Nef affectent aussi la stabilite de la capside, son interaction avec l'ARN ou elles interagissent avec des facteurs cellulaires qui affectent la stabilite de la capside.
Le genome viral est retrouve dans un assemblage de proteines, le complexe de preintegration (CPI) compose de l'ARN genomique viral, des proteines PR, TI, IN et Vpr (Bukrinsky, 2004). La presence de certaines proteines de structure, soit MA, CA et NC demeure controversee
(Fassati et al., 2001; Miller et al., 1997). La retro-transcription, permettant la synthese d'un ADNdb a partir du genome viral d'ARN, est catalysee par l'enzyme TI, une ADN polymerase ARN/ADN dependante. La retro-transcription peut debuter dans le virion, suite a la maturation, mais elle ne sera completee qu'apres la decapsidation, dans le cytoplasme, alors que la quantite de nucleotides devient permissive a la synthese des fragments d'ADN (Nisole
et al., 2004). La TI ne possede pas d'activite correctrice et les nombreuses erreurs inserees par
la TI dans le genome viral demeurent. La retro-transcription contribue au haut niveau de mutations observe dans le genome du VIH-1.
Lorsque la capside est desassemblee et l'ADN viral retro-transcrit, le CPI est transports au noyau de la cellule (Haffar et al., 2000). Ce processus peut avoir lieu facilement lorsqu'une cellule est en mitose, alors que la membrane nucleaire est desassemblee. Pour la majorite des retrovirus, il est necessaire que la cellule soit en division. Toutefois, les lentivirus peuvent penetrer le noyau des cellules quiescentes grace a la participation de plusieurs proteines virales, soit: l'integrase (Bouyac-Bertoia et al., 2001), la MA (Bukrinsky et al., 1993; Fouchier et al., 1997) et Vpr (Freed et al., 1995).
1.5.1.4 L'integration
Lorsque le genome viral est retro-transcrit en ADNdb, l'enzyme IN permet l'integration du genome viral dans le genome de la cellule hote (Delelis et al., 2008). Pour y arriver, la IN retire 2 nucleotides a chaque extremite du genome viral, laissant ainsi deux extremites libres CA-OH 3'. Ces extremites sont ensuite liees aux extremites 5' de l'ADN cellulaire. Sous Taction de l'integrase et avec la participation de la machinerie cellulaire, les nucleotides manquants sont ajoutes et l'ADN est repare (Nisole et al., 2004).
Puisque la transcription des genes viraux sera ulterieurement dependante de la machinerie cellulaire, le site d'integration du genome viral n'est pas laisse au sort du hasard. Des etudes realisees in vitro ont montre que l'integration etait favorisee par la presence de distorsion dans l'ADN, causee entre autres par la presence de nucleosomes (Frankel et al., 1998; Katz et al.,
1994). L'analyse de l'integration in vivo montre une insertion preferentielle dans les regions transcriptionnellement actives (Albanese et al, 2008; Schroder et al., 2002).
1.5.2 La phase tardive
Suite a son integration dans le genome de la cellule hote, l'ADN proviral est replique conjointement au reste du genome, puisqu'il en fait maintenant partie. La transcription des genes viraux et la production de nouveaux virions sont associees a l'etat d'activation de la cellule infectee. Cette activation survient lors d'une presentation antigenique efficace, sous l'effet de cytokines ou de la stimulation des recepteurs de composes microbiens (les TLRs -de l'anglais « Toll-like receptors »).
1.5.2.1 La transcription des genes viraux
La regulation de la transcription des genes viraux est effectuee a partir de la sequence 5' LTR. La transcription est effectuee par l'ARN polymerase II (pol II) cellulaire avec la participation de facteurs viraux. La proteine Tat est un facteur important dans la transcription des genes viraux, elle augmente la processivite de la pol II et dans certaines conditions augmente le taux d'initiation de la transcription, ce qui permet d'augmenter par un facteur de 100 la quantite d'ARNm viraux produits par la pol II (Frankel et al., 1998). En absence du /rara-activateur viral Tat, la pol II n'arrive a transcrire que les 100 premieres bases des 9200 du genome viral.
Les differentes proteines du virus sont traduites a partir d'un seul transcrit couvrant tout le genome qui sera aucunement, uniquement ou multi- episse. Les proteines virales sont produites en deux phases, les proteines precoces et les proteines tardives. Les premiers ARNm synthetises, avec un rythme particulierement lent, sont episses de maniere a produire les proteines Tat, Rev et Nef qui serviront au controle de la production des ARNm de la seconde phase (Klotman et al, 1991). Tel que decrit precedemment, Tat favorise la synthese rapide de la seconde serie d'ARNm. Certains de ces ARN sont episses de maniere a produire les proteines Env, Vif, Vpu et Vpr et d'autres sont non episses. Ces ARNm intactes serviront a
produire les precurseurs Gag, Gag-Pol et le genome (ARNv) pour les nouveaux virions, ils seront done traduits et ensuite encapsides (Butsch et al, 2002). Ces ARN doivent alors eviter l'epissage et sortir du noyau rapidement, cette tache est accomplie par la proteine Rev (Abbink
et al, 2008). La proteine Rev s'associe a la sequence RRE (de l'anglais « Rev responsive element») situee dans le gene env pour former un complexe avec l'ARN. La proteine Rev
interagit avec la machinerie d'exportation nucleaire et permet aux ARN viraux d'etre transportes hors du noyau avant l'epissage.
1.5.2.2 L'assemblage
Le precurseur Gag possede tous les domaines permettant Tassociation des proteines virales a la membrane, l'assemblage adequat du virion, l'encapsidation du genome et le bourgeonnement (Hoshikawa et al., 1991; Ono, 2009; Turner et al, 1999). La queue N-ter de Gag, correspondant a MA, est responsable de la localisation a la membrane de ces polypeptides grace a une ancre myristique et a sa nature basique. La proteine MA s'assemble en trimere et l'espace laisse au centre du trimere permettra l'insertion du precurseur Env. L'extremite C-terminale (C-ter) de Gag, ou se retrouve p6 possede une affinite pour la proteine Vpr et permet ainsi son encapsidation. La proteine NC du precurseur Gag lie la sequence d'encapsidation retrouvee sur l'ARN genomique viral et permet ainsi son insertion dans les nouveaux virions. C'est aussi une interaction avec Gag qui permet l'insertion de Vif dans le virion.
La traduction du precurseur Env a lieu dans le reticulum endoplasmique (RE), ce qui permet de generer la gpl60. C'est aussi dans ce compartiment qu'est traduit le CD4. Puisque la gpl60 a une tres forte affinite pour le CD4, il est important que la formation de complexes entre ces proteines soit evitee dans le RE. La proteine Vpu est responsable de la degradation du CD4 dans le RE (Frankel et al, 1998; Schubert et al, 1998). Suite a la glycosylation, la proteine gpl60 est transportee a la surface de la cellule, ou elle s'insere dans le trimere de Gag. Cette fois encore, le CD4 exprime a la surface de la cellule pourrait lier la gpl60 produite. La proteine virale Nef exerce un role semblable a Vpu, soit d'entrainer la degradation du CD4.
Nef cree un lien entre le CD4 exprime a la surface cellulaire et la machinerie d'endocytose de la cellule afin d'entrainer la degradation du CD4 (Frankel et al., 1998; Mangasarian et al., 1997; Piguet et al., 1998).
1.5.2.3 Le bourgeonnement et la maturation
L'accumulation des precurseurs Gag, Gag-Pol et gpl60 dans la membrane cellulaire engendre une courbure de celle-ci, ce qui initie le bourgeonnement. La proteine Vpu favorise le detachement du bourgeon, puisqu'en son absence on assiste a une accumulation massive de proteines virales a la membrane ou dans des vesicules sans qu'aucune particule virale ne soit produite (Neil et al., 2006). Une portion de la membrane se detache finalement. Ce virion n'est toutefois pas infectieux, les differentes proteines des precurseurs Gag, Gag-Pol et gpl60 sont toujours liees entre elles ce qui empecherait le virion d'infecter une cellule (Frankel et al.,
1998).
Des etapes de maturation supplementaires visant a separer chacune des proteines des precurseurs sont necessaires (Jiang et al., 2006). II n'est pas tout a fait clair si cette maturation debute seulement apres le bourgeonnement complet du virion ou si certaines etapes ont lieu a la fin de l'assemblage. La maturation repose sur le clivage proteolytique des differents precurseurs par PR (Ganser-Pornillos et al., 2008). Les rearrangements engendres par le clivage des precurseurs donneront aux virions leur structure finale et caracteristique. Les virions ainsi formes sont infectieux et le cycle replicatif peut reprendre.
1.6 Les cellules cibles
L'expression de recepteurs et de co-recepteurs pouvant permettre l'attachement du VIH-1 a la surface d'un type cellulaire le rend vulnerable a l'infection. Tel que represents a la figure 7, ces principales cibles sont les lymphocytes T CD4+ et les cellules derivees du precurseur myeloi'de. D'autres types cellulaires contribuent aussi a l'infection au VIH-1, parce que ces
cellules peuvent produire des particules virales infectieuses, augmenter leur production par les cellules infectees ou favoriser leur transmission aux cellules cibles.
LyrapnocySe T CEX* naff
Lymphocyte T Ct>4^
mirrore eflecteur rrtimccw central Lj-mpfiiiscytt T CD4-«
L A T E N C E
Monocyte Macrophage^
Figure 7: Identification des cellules d'origine hematopoi'etiques cibles du VIH-1 et des voies de transmission du virus entre ces differents types cellulaires.
Les fleches noires represented la differentiation ou la maturation d'un type cellulaire. Le rythme de replication du VIH-1 dans les populations est identifie en rouge. Les fleches pourpres represented le transfert viral. Adapte de : (Coleman et al, 2009)
1.6.1 La lignee myelo'ide
Le precurseur de la lignee myeloi'de residant de la moelle osseuse permet la mise en circulation de la population de monocytes. Les monocytes circulants passent du flux sanguin vers les tissus. Selon les signaux regus, ils vont se differencier en macrophages, en cellules dendritiques immatures ou retoumeront dans le flux sanguin. Ces diverses populations de cellules expriment toutes le recepteur CD4 et le co-recepteur CCR5, ce qui permet
l'attachement du VIH-1 a leur membrane. Les cellules de la lignee myeloide sont done preferentiellement infectees par des souches R5-tropiques, ce qui avait initialement donne lieu a l'utilisation du terme M-tropique pour designer les souches R5 (Noursadeghi et al., 2006). Le recepteur CXCR4 peut aussi servir a l'entree de certaines souches de VIH-1 dans les cellules de la lignee myeloide (Simmons et al., 1998). Les differentes populations de la lignee myeloide sont resistantes aux effets cytopathiques du virus et representent ainsi une source persistante de nouveaux virions (Coleman et al., 2009). Chaque population cellulaire presente une sensibilite distincte au VIH-1, mais elles participent toutes a l'etablissement ainsi qu'au maintien de l'infection d'une maniere particuliere.
1.6.1.1 Les monocytes
1.6.1.1.1 Le role des monocytes en immunite
Les monocytes constituent environ 10% des leucocytes sanguins circulant (Ziegler-Heitbrock, 2000). lis ont une duree de vie courte en circulation qui est d'environ trois jours. Ces cellules vont plutot rapidement passer dans les tissus et se differencier. Cette migration est controlee par le micro-environnement de l'endothelium et le phenotype migratoire des monocytes. Les deux doivent exprimer des molecules d'adhesion facilitant le passage de monocytes a travers l'endothelium. La modulation de l'expression des molecules d'adhesion permet de controler l'efflux sanguin des monocytes vers les tissus ou le systeme lymphatique (Maslin et al., 2005).
II existe deux sous-populations de monocytes selon l'expression des recepteurs de surface CD14 et CD16. Le CD14 est un recepteur des lipopolysaccharides (LPS) bacteriens et le CD 16 est un recepteur de la partie constante des anticorps (FcyRIII) facilitant la phagocytose. Les monocytes CD14++CD16 constituent la plus grande proportion des monocytes circulants et les monocytes C D 1 4f a i b l eC D 1 6+
representent environ 5-15 % de la population totale de monocytes (Crowe et al., 2003). Lors d'une infection systemique, une septicemie ou une viremie, le precurseur myeloide se divise rapidement, entrainant une augmentation
C D 1 4faibieC D 1 6+ (-V a r o l e t ^ 2009). La proportion de CD14faibleCD16+ peut alors atteindre les 20 a 40 % (Crowe et al., 2003; Tacke et al., 2006). Les monocytes de cette population sont souvent designes monocytes pro-inflammatoires.
Les monocytes ont longtemps ete perpus comme de simples precurseurs pour les populations de macrophages et de cellules dendritiques. La sous-population CD14 CD16 sert effectivement au renouvellement de la population de macrophages residents et a 1'accumulation de cellules dendritiques au site d'inflammation. Toutefois, les monocytes
C D 1 4f a i b i eC D 1 6+
expriment peu de recepteurs permettant le passage a travers l'endothelium et vont plutot patrouiller la surface des vaisseaux sanguins (Geissmann et al., 2003). Cette sous-population possede une meilleure activite phagocytaire et exprime des niveaux plus eleves de complexe majeur d'histocompatibilite de type II (CMH II) que la population CD14++CD16\ II s'agit du principal producteur sanguin de TNF-a (de l'anglais « tumor necrosis factor-alpha ») (Beige et al., 2002).
1.6.1.1.2 Le VIH-1 et les monocytes
Les monocytes exercent un role important dans le cours de l'infection au VIH-1. Leur implication a ete mise en evidence suite a l'isolement de monocytes circulants contenant de l'ADN proviral chez des individus infectes par ce virus (Gendelman et al., 1990). Par leur capacite a se deplacer dans les tissus et entre les organes, les monocytes sont d'importants convoyeurs de l'infection (Verani et al., 2005) et contribuent ainsi a la formation de reservoirs viraux dont il sera question a la section 1.7.2.1. La capacite qu'ont les monocytes isoles d'un individu infecte a produire des virions bien que l'individu soit sous traitement antiretroviral adequat souleve l'implication des monocytes dans la formation des reservoirs (Coleman et al., 2009; Zhu et al., 2002).
L'efficacite de l'infection des monocytes est plus faible que pour les lymphocytes T CD4+. La proportion de cellules circulantes contenant de l'ADN proviral est 4.5 fois plus elevee pour les lymphocytes T CD4+ (Furco et al., 2008). Les sous-populations de monocytes presentent une
sensibilite differente a l'infection. Les monocytes CD14++CD16" sont peu sensibles a l'infection au VIH-1. Bien que le virus puisse entrer dans ces monocytes, les premieres etapes du cycle replicatif sont ensuite bloquees par la proteine APOBEC3G (de l'anglais
« apolipoprotein B mRNA-editing enzyme, catalytic polypeptide-like 3G») (Sheehy et al.,
2003). APOBEC3G cause la deamination des cytidines, causant des mutations G—>A lors de la retro-transcription du genome viral. La forme de faible poids moleculaire de APOBEC3G exerce une forte activite anti-VIH ce qui empeche le virus de se repliquer efficacement dans ces cellules. La proteine virale Vif peut interagir avec APOBEC3G et entrainer sa degradation par le proteasome (Sheehy et al., 2003), mais les CD14++CD16 expriment de tres hauts niveaux de APOBEC3G ce qui empeche Vif de bloquer completement son action.
Quant a la population CD14faibleCD16+, elle supporte l'infection au VIH-1, permet son integration et la production de particules virales infectieuses (Ancuta et al., 2006). Ces cellules expriment des niveaux de 20 a 40 fois plus eleves de CD4 a leur surface et de 2 a 5 fois plus de CCR5 que les monocytes CD 16" (Ellery et al., 2007). De plus, c'est la forme de haut poids moleculaire de APOBEC3G qui est retrouvee dans les monocytes CD16+ et cette derniere ne possede aucune activite anti-VIH (Ellery et al., 2007).
En normalisant le nombre de virions produits avec la proportion de cellules infectees, on peut aussi constater que les monocytes CD14faibleCD16+ produisent peu de virus comparativement aux lymphocytes T CD4+. D'autres facteurs empechent done la production virale. Cette restriction est clairement demontree par l'augmentation de la production virale associee a la differentiation des monocytes en macrophages (Dong et al., 2009). En effet, des monocytes infectes produiront plus de virus lorsqu'ils seront differencies en macrophages. La presence de micro-ARN inhibant la synthese de proteines virales semble expliquer cette faible production observee chez les monocytes (Ahluwalia et al., 2008; Wang et al., 2009).
L'infection des monocytes par le VIH-1 entraine une modification de leur activite physiologique. Certaines proteines virales entrainent un dysfonctionnement des monocytes de maniere a favoriser la survie de leur hote, un facteur cle dans la persistance de l'infection. Le
/ram-activateur Tat favorise la survie des monocytes en augmentant l'expression de la proteine anti-apoptique Bcl2 (Zheng et al., 2007). La survie des monocytes sera done accrue, ce qui permet au virus de se repliquer plus longtemps dans une cellule. La proteine Tat entraine aussi une augmentation de la production de l'interleukine-10 (IL-10) qui diminue indirectement la capacite des monocytes a repondre aux LPS bacteriens (Leghmari et al., 2008). L'inflammation chronique causee par la presence de LPS circulants est une composante importante de la pathogenese associee au VIH-1 qui entraine la progression rapide du stade SIDA. De plus, les LPS sont normalement reconnus par les monocytes ce qui entrainera la phagocytose des bacteries, si cette reaction est inhibee, les bacteries pourront plus facilement causer une infection. L'augmentation de la production d'IL-10 par les monocytes a aussi ete associee a l'epuisement et la depletion des lymphocytes T CD4+ (Said et al., 2010).
La secretion d'IL-12 par les monocytes est aussi affectee sous Taction de la proteine virale Nef (Ma et al., 2009). La proteine Nef entraine la diminution de l'expression de Tune des chaines constituant TIL-12. Cette cytokine est impliquee dans Tactivation de la composante cellulaire de Timmunite antivirale. Une autre proteine virale, MA, entraine une secretion accrue de CCL2 (MCP-1, de l'anglais «monocytic chemoattractant protein 1 ») par les monocytes/macrophages infectes (Marini et al., 2008; Mengozzi et al., 1999). La chimiokine CCL2 permet d'attirer les monocytes exprimant le recepteur CCR2 au site d'inflammation, ou dans ce cas-ci, a proximite du macrophage infecte. II y aura alors une accumulation de monocytes dans l'environnement de la cellule infectee ce qui favorisera la propagation de l'infection (Coleman et al., 2009).
Globalement, le VIH-1 entraine done des modifications dans la physiologie des monocytes qui favorisent leur survie, contribuent a l'infection chronique des cellules et facilitent la progression vers le stade SIDA. On ne peut considerer T implication des monocytes dans l'infection au VIH-1 sans considerer qu'une portion ces cellules seront eventuellement differenciees en macrophages ou en cellules dendritiques. Puisque l'infection par le VIH-1 est permanente pour une cellule, un monocyte infecte engendrera des derives infectes.
1.6.1.2 Les macrophages
1.6.1.2.1 Le role des macrophages en immunite
Les macrophages sont d'importants effecteurs de la reponse innee face aux pathogenes et agissent a la frontiere de la reponse innee et adaptative. Les macrophages derivent des monocytes lorsque ceux-ci passent dans les tissus. Ce passage constitutif permet de conserver une population de macrophages residents dans les tissus peripheriques mais il est fortement accru dans les conditions inflammatoires afin de mieux repondre a une invasion de pathogenes. Les monocytes ont longtemps ete consideres comme etant la seule source de macrophages tissulaires. II est maintenant clair que les macrophages residents de nombreux tissus peuvent aussi se diviser afin de conserver la population (Bitterman et al., 1984; Varol et
al., 2009).
Les macrophages exercent un role majeur dans l'elimination des pathogenes grace a leur grand pouvoir de phagocytose. Cette activite leur permet aussi d'eliminer les debris des cellules endommagees ou les corps apoptotiques. lis secretent une grande variete de cytokines impliquees dans le controle de la migration, dans l'activation et la replication des cellules participant a la reponse immunitaire. Les macrophages peuvent agir comme cellule presentatrice d'antigene (CPA) et activer les lymphocytes T.
1.6.1.2.2 Le VIH-1 et les macrophages
Les macrophages exercent un role determinant dans l'infection au VIH-1 : ils sont parmi les premieres cellules infectees lors de la transmission mucosale du virus (Kedzierska et al, 2002). Les macrophages expriment les recepteurs CD4, CCR5 et CXCR4, ce qui les rend susceptibles a l'infection par le VIH-1 (Yi et al., 1999). De plus, tel que mentionne dans la section 1.6.1.1, le recepteur MMR peut etre utilise par le virus pour s'attacher aux macrophages. L'attachement par le MMR peut entrainer l'endocytose du virus ou ce dernier peut demeurer a la surface du macrophage et etre subsequemment transfere aux
lymphocytes T CD4+ (Nguyen et al., 2003). Puisque les macrophages sont des CPA, ils sont appeles a interagir etroitement avec les lymphocytes T. Les macrophages peuvent transmettre efficacement le VIH-1 aux lymphocytes T CD4+ par contact cellule-cellule lors de la formation transitoire de la synapse immunologique (Groot et al., 2008).
Chez les individus infectes, la proportion de la population de macrophages infectes peut atteindre les 50% (Noursadeghi et al., 2006). Les macrophages residents dans les differents organes non lymphoi'des peuvent aussi etre infectes. C'est le cas pour les cellules de Kiipffer (foie), les macrophages alveolaires (poumons), les cellules de Hofbauer (placenta) et les cellules microgliales (cerveau) (Kedzierska et al., 2002). Les macrophages sont responsables de la formation de reservoirs viraux dans les organes non lymphoi'des (voir la section 1.7.2.1).
Les macrophages peuvent relacher les virons nouvellement produits d'une maniere bien particuliere. Generalement, les proteines virales vont s'assembler a la membrane de la cellule hote et bourgeonner. Chez les macrophages, l'assemblage peut aussi avoir lieu a l'interieur de vesicules ou s'accumulent de nombreuses particules virales (Pelchen-Matthews et al., 2003; Raposo et al., 2002). Ces vesicules LV/MVB (de l'anglais «late endosomes/multivesicular
bodies ») font partie du systeme d'exocytose des macrophages. Les LV/MVB fusionnent avec
la surface du macrophage et relachent leur contenu dans l'espace intercellulaire. Ce mode de relache des virions permet au macrophage de conserver une membrane intacte puisqu'il y a peu de virions qui bourgeonnent avec un fragment de la membrane. De plus, il permet au virus d'echapper a la vigilance du systeme immunitaire puisque les proteines virales ne sont alors pas exposees a la surface de la cellule productrice (Carter et al., 2008).
Bien qu'ils soient resistants aux effets cytopathiques du virus, les macrophages sont aussi impliques dans l'immunodeficience causee par le VIH-1. On note une alteration de la capacite de phagocytose associee a une baisse de la fusion phagosome-lysosome, necessaire a la lyse des pathogenes (Kedzierska et al., 2003). Ces deux effets favorisent 1'implantation d'infections opportunistes, principalement celles causees par des parasites intracellulaires des macrophages tels que Toxoplasma godii (Biggs et al., 1995) et Mycobacterium avium (Crowle
et al., 1992). En plus, d'alterer la capacite phagocytaire des macrophages, l'infection au VIH-1
des macrophages altere leur profil d'expression de cytokines, ce qui entraine une inflammation chronique dans les tissus. En effet, les macrophages regulent la reponse immunitaire par la secretion de plusieurs cytokines. La culture in vitro de macrophages infectes par le VIH-1 a montre une augmentation de la production d'IL-1, IL-6, IL-8, TNF-a et de prostaglandine E2 (voir la section 2) (Esser et al., 1996; Nokta et al., 1995). Ces observations ont ete correlees avec des dosages de ces cytokines dans le sang d'individus infectes qui demontrent aussi une elevation de leur concentration. L'inflammation soutenue qui en resulte est une composante importante de la pathogenese du VIH-1.
1.6.1.3 Les cellules dendritiques
Les cellules dendritiques constituent une seconde population de cellules derivees des monocytes. Bien qu'elles aient ete longtemps considerees exclusivement d'origine monocytoide, il semble de plus en plus evident qu'une portion de la population de cellules dendritiques retrouvees dans les organes lymphoides secondaires (OLS) derive plutot d'un precurseur commun aux monocytes et aux cellules dendritiques (Liu et al., 2009; Randolph et
al., 2008). Les cellules dendritiques representent les CPA professionnelles, leur role est de
capturer, appreter et presenter les antigenes aux lymphocytes T na'ifs. Pour y arriver, les cellules dendritiques immatures retrouvees dans les tissus vont capturer les antigenes, etre activees par le pathogene et par les cytokines pro-inflammatoires environnantes et debuter leur maturation. Les cellules dendritiques matures vont ensuite migrer dans les OLS ou elles vont rencontrer les lymphocytes T, presenter l'antigene et activer les lymphocytes T specifiques a l'antigene presente.
Les cellules dendritiques expriment fortement le CD4, le CCR5 et un niveau plus faible de CXCR4 (Lee et al., 1999). L'etablissement d'une infection productive est moins efficace chez les cellules dendritiques que chez les lymphocytes T CD4+ (Cameron et al., 1992a). L'infection a generalement lieu suite a l'endocytose des particules virales, tel que decrit a la section 1.5.1.1 (Janas et al., 2008). Le role majeur des cellules dendritiques dans l'infection au
