classification virale, ARN+ 2011
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classification virale, ARN+ 2011
Génomes • Les acides nucléiques viraux peuvent être formés d’ADN ou d’ARN, simple-brin, doublebrin, linéaires circulaires ou segmentés. • Les génomes simple brin peuvent être positifs (de même polarité que les ARN messagers, négatifs ou ambisens (mélange des deux) • La composition et la structure des génomes viraux sont plus variées que celles des bactéries, plantes et animaux (ADN double brin linéaires ou circulaires ) • Les génomes viraux ont des tailles comprises entre approximativement 3.500 nucléotides (3,5 kb: bacteriophages ARN de la famille Leviviridae, MS2 & Qβ, certains virus de plantes) et 0,6 à1,2 Mb Phycodnaviridae, virus ADNd’algues vertes, mimivirus • On étudiera successivement des exemples de: génomes à ARN + génomes à ARN - et ambisens, génomes à ADN génomes mixtes (rétro et pararétrovirus) Classification tend a respecter la phylogénie (relations de parenté évolutive) Pas toujours facile avec les virus Espèces: Plus petite unité, le virus Genre Ordre Famille Groupe : Type de génome Ex: Espéce: Poliovirus Genre: Entérovirus Famille: Picornaviridae comprend aussi les genres: -Aphtovirus, Foot and mouth Disease Virus (fiévre aphteuse), -Hepatovirus, Hepatitis A virus, -Rhinovirus, Human rhinovirus A etc... Groupe des Virus à ARN positif A l’intérieur d’une espèce on peut distinguer des isolats (venant d’individus infectés différents) que l’on peut regrouper en souches qui différent par: des symptômes, des modifications de séquences, des réactions avec des anticorps (sérotypes) etc... Classifiés en 7 groupes par l’ICTV (comité international de taxonomie) 1: ADN double brin 2: ADN simple brin 3: ARN double brin 4: ARN simple brin positif 5: ARN simple brin négatif 6: Rétrovirus à ARN 7: Rétrovirus à ADN +Agents sub-viraux: viroïdes, satellites et prions VIRUS A ARN + (extrait) Les virus utilisent de multiples stratégies d’expression de leur génomes Ces stratégies permettent - de maximiser la capacité codante, en particulier chez les virus à ARN (taille de génome limitée par taux de mutation à quelques dizaines de kb , voir cours evolution virale) - d’établir des régulations de l’expression de ce génome Fréquemment et même toujours, on a retrouvé ces stratégies d’expression dans les cellules infectées ou elles sont parfois peu employées. Les virus les ont capturées et adoptées... Du fait de la compacité du génome et l’utilisation de stratégies d’expression multiples, les virus apprennent beaucoup de choses sur le fonctionnement des cellules de leurs hôtes (ex: découvertes initiales des introns, promoteurs etc...) Abondance des virus De leur découverte jusqu’aux années 90: 1700 virus décrits Depuis on a identifié au microscope électronique plus de 5000 virus infectant les bactéries (bactériophages) dont 96% sont des Caudovirus (à ADN double brin, Lambda) Les techniques de métagénomique (purification en masse et séquencage d’acides nucléiques a partir d’échantillon complexe et non cultivables (océans, sédiments) laissent apparaître une diversité virale insoupconnée 106 à 108 virus/ml dans l’eau de mer (>1030 dans les océans!! mis bout a bout 106 années lumiéres…, quantité de carbone équivalente à 75 millions de baleines) Jusqu’à 106 génotypes viraux viraux différents dans 1kg de sédiment marin Les virus reflétent la diversité des organismes unicellulaires (souvent inconnus) qu’ils infectent (bactéries, microalgues) La comparaison des séquences du métagénome viral avec les bases de données existantes (génomes bactériens et eucaryotes) révéle que la plupart de ces séquences sont nouvelles=> les virus seraient le plus grand réservoir de diversité génétique Rappel: La traduction des ARN messagers 3 phases traduction des ARNm bactériens (procaryotes) assemblage des ribosomes sur des séquences internes de l’ARN : séquences shine-dalgarno Rappel suite L’initiation de la traduction des ARNm eucaryotes: ARNm eucaryote AAAA PABP 4E AUG 4A 4G 2 1A 1 3 5 40S scanning un complexe de protéines s’attache à la coiffe à l’extrémité 5’ de l’ARN et permet a la sous-unité 40S du ribosome de se positionner au codon d’initiation AUG par glissement (scanning).La coiffe des ARNm est ajoutée lors de la transcription dans le noyau Problème pour les ARN génomiques viraux -limite d’une seule protéine/ARNm - réplication souvent dans le cytoplasme (coiffe) ARN Simple brin positif Le plus grand groupe de virus (70% des virus de plantes) Expression du génome I: production d’une polyprotéine clivée par des protéases virales ex: poliovirus, rhinovirus potyvirus, comovirus, nepovirus (plantes) replication replication Les flaviviridae ((dengue) produisent des polyprotéines mais n’ont pas de VpG assemblage Traduction de l’ARN génomique viral positif chez les picornaviridae Existence d’un « Internal Ribosome Entry Site » ou IRES permettant d’attirer le ribosome sur l’ARNm viral. Initiation interne de la traduction (aussi développé par d’autres virus et chez certains rares ARNm cellulaires) Mécanismes de traduction avec coiffe ou sans coiffe (IRES) Les IRES des virus eucaryotes sont l’équivalent des séquences Shine-Dalgarno des ARNm procaryotes. Interaction directe entre ARNm et ribosomes Chez le poliovirus: Les protéases virales inactivent la protéine eIF4G et causent l’arrêt des synthèses protéiques dans les cellules infectées -> Seul le génome viral continue a être traduit (indépendant de la coiffe) Traduction dépendante de la coiffe Traduction indépendante de la coiffe Autoradiographie des protéines synthétisées par une cellule infectée par le poliovirus Structure variable des extrémités des ARNg viraux Vpg La coiffe et l’extrémité polyA des ARNm eucaryote sont ajoutése dans le noyau. Donc les virus à réplication cytoplasmique dont l’ARN est coiffé ou polyadénylé doivent posséder leurs propres mécanismes d’addition de ces structures, en particulier coiffe => enzymes méthyltransférase codées par le génome viral La protéine VpG est liée par liaison covalente à l’extrémité 5’ de l’ARN viral (picornaviridae, potyviridae etc…) Réplication des Virus à ARN positif Exemple des Picornaviridae (poliovirus) le VPg polyurydylé sert d’amorce pour la polymérase codée par l’ARN viral qui synthétise l’ARN complémentaire (négatif si virus à ARN positif) la réplication des virus à ARN produit de l’ARN double brin, L’ARN double brin est un intermédiaire de réplication, l’ARN négatif sert de matrice pour la synthèse de l’ARN positif Les longues molécules d’ARNdb sont pratiquement absent des cellules-> reconnaissance par protéines spécialisées et activation de réactions de défense (plantes, animaux) Replication Virale la réplication virale a lieu dans des vésicules formées a partie des membranes cellulaires (-> cytopathie). Les composants viraux y sont à concentrations élevées, peu de compétition avec les autres molécules de la cellule Exemple: Vésicules mitochondriales de réplication du Flock HouseVirus (FHV, Nodavirus d’insecte) Vésicules de réplication du Virus de l’Hépatite C (Flaviviridae) Les supergroupes viraux: Génomes similaires entre virus animaux et végétaux -> superfamille des picorna-associés plantes La structure du« bloc » des protéines nécessaires à la maturation de la partie 3’ du génome et à la réplication est conservée(VPg, protéase, polymérase); les protéines présentent des motifs d’acides aminés très proches: protéase, polymérase, hélicase. Les autres protéines sont plus spécifiques des hôtes respectifs Un autre exemple d’expression d’un génome à ARN positif par clivage protéolytique Famille des Flaviviridae Fiévre Jaune, Dengue, nil occidental (West Nile), Chikungunya Ex: virus de l’hépatite C ARN génomique coiffé (sansVPg), particule enveloppée, virus transmis par insectes (moustiques) Le mystère de la réplication de l’ARN simple brin: Quand il n’y a pas d’amorce (comme chez les picornaviridae) comment faire pour copier tous les nucléotides à partir de l’extrémité 3’? Chez les flavivirus, la polymérase virale reconnaît des structures résultant de l’appariement des bases entre les extrémités de l’ARN viral qui est ainsi circularisé. Elle peut ainsi commencer la copie au premier nucléotide 3’ Expression du génome des virus a ARN II : Production d’ ARNs subgénomiques Exemples: animaux: Togaviridae, Coronaviridae (SARS); Plantes: Tobamoviridae (Mosaïque du Tabac) ARNgenomique + ARN complementaire - ARNs subgénomiques + La polymérase virale est synthétisée précocément, produit l’ARN- puis l’utilise suivant les phases de l’infection: Précoce -> ARNs subgénomiques (transcription) Tardif -> ARNg (réplication Les prots. structurales (composant la particule) sont souvent produites tardivement Rôle de la structure de l’ARN dans la réplication et la transcription des génomes à ARN L’ARN simple brin peut se replier en structures secondaires et tertiaires par appariement des bases A:U; G:C (Watson-Crick); G:U (n’existe pas dans l’ADN) Ces structures dans l’espace sont reconnues par des protéines pseudo noeud promoteur d’ARN subgénomique IRES du HCV (partiel) Promoteur de la réplication virale Autres mécanismes de compaction de la capacité codante des ARN viraux Recodage par changement de phase de lecture (frameshift) Peut se produite en -1 ou +1, souvent dans des régions homopolymériques ainsi le changement de phase ne change pas l’ARNt apparié, nécessite une structure (pseudonoeud) en 3’ du site de frameshift pour « ralentir » le ribosome. Produit des protéines identiques à l’extrémité N et différentes à l’extrémité C On peut trouver des combinaisons de multiples mécanismes d’expression dans le même génome viral ex: Barley Yellow Dwarf Virus (Jaunisse nanisante de l’orge) changement de phase Translecture (suppression d’un codon stop) initiation interne ARN subgénomiques Virus Sindbis (famille togaviridae) Combinaison de clivage protéolytique et d’ARN subgénomique LES CORONAVIRUS: le virus du SARS SYNDROME RESPIRATOIRE AIGU SEVERE (SRAS ou SARS pour SEVERE ACUTE RESPIRATORY SYNDROME) Pandémie 2002-2003 (9000 cas dans 37 pays, 800 décés) : (+)sense RNA Viruses Ordre Nidovirales - "Nested" Viruses Family: Coronaviridae Genus Coronavirus espéce type Infectious bronchitis virus Hotes:Vertebrés GENOME: non-segmenté, ARN (+), 27-31 kb les plus grand génome connus chez les virus à ARN (5’coiffe méthylée, 3’ polyadenylé) fonctionne comme ARNm expression complexe Expression du génome des coronavirus Northern blot avec sonde détectant le 3’ du génome Nombreux ARNs subgénomiques portant la même séquence en 5’, identique à la séquence 5’ de l’ARN génomique -> la polymérase « saute » durant la synthèse http://virologie.free.fr/documents/virologie/34-Coronaviridae/coronaviridae.htm