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