Les Papovaviridae

Deux sous familles : Les PApillomavirinae et les POlyomavirinae.

L’exemple le plus connu de papovaviridae est les SV40 (Simian Vacuolating Agent). Le « va » de papova vient du mot Vacuolating. Tous les virus ont des caractères identiques mais des tailles de gènes différentes. Les papovaviridae appartiennent aux oncornaviridae.

1. Les polyomavirus

Ce sont des virus qui infectent un grand nombre d’animaux.

Le 1^er isolement de polyomavirus a été fait par Goss en 1953 sur des souris. En 1960, le SV40 est découvert par Sweet et Hillman en cultivant le virus Sabin sur cellules de singe. C’est en 1971 que 2 polyomavirus humain furent mis en évidence :

- Le BKV (Baby Kidney Virus) : mis en évidence chez un patient transplanté du rein.

- JCV : cas d’une leucoencéphalopathie multifocale et progressive (apparition de foyers multiples).

Le polyomavirus et SV40 se cultivent très facilement, contrairement aux papillomavirus qui sont plus difficiles.

1.1. Morphologie

Ce sont des petits virus enveloppés de 45nm de diamètre de forme icosaédrique (pentons, hexons…). Trois protéines principales de capsides : VP1, VP2, VP3. VP1 et VP3 vont former 72 capsomères composés de pentamères (5 sous-unités). 60 sont des hexagonaux, 12 sont pentagonaux. 360 copies de VP1 et 30 à 60 copies de VP2 et VP3.

VP1 a un résidu d’acide sialique (site d’attachement du récepteur). Ces virus ont une propriété hémagglutinante.

1.2. Le génome

C’est un petit génome de 5.5kb circulaire, double chaîne de séquence connue et codant pour 6 gènes. Dans la particule, l’ADN est sous forme de mini chromosome (superenroulé) avec 4 histones cellulaires H_2A, H_2B, H₃ et H₄.

Deux gènes codent pour des protéines de régulations, l’antigène T.

Différentes techniques d’expression sont rencontrées :

- Chevauchement de gènes : extrémités C_T identiques pour VP2 et VP3 mais des extrémités N_Tdifférentes.

- Epissage : Le moyen Ag T et le grand Ag T ont des extrémités N_T identiques et des extrémités C_T différentes. Les 2^ème exon du grand T contient complètement le 2^ème exon du moyen T.

On a une origine de réplication, ce qui induit une grande zone de régulation qui sont des zones non-codantes régulant la transcription. Seul VP1 possède une partie ne codant que pour elle, les autres partagent leur partie codante. Les Ag T sont facilement détectables par immunsérum.

1.3. Réplication

Elle est de type Kairns (identique à celui des bactéries) avec juste un petit génome. Elle se décompose en 3 temps :

- Gènes précoces

Ce sont ceux qui arrivent avant la réplication, ils codent pour des protéines de régulation absentes du virus qui vont dériver le système cellulaire sans causer de shut off. Ces protéines de régulation vont être actives tout au long de l’infection car le virus doit ménager la cellule.

- Gènes tardifs

Ils apparaissent après la réplication du génome viral et vont exprimer les gènes de non régulation (protéines de capsides).

- Zones de régulation

Zone comportant des enhancers, silencers…

Le récepteur de SV40 est le CMH I, celui du polyomavirus serait aussi CMH I (pas encore sur). Pour le site d’attachement du polyomavirus il y aurait un acide sialique, ce qui entraînerait un spectre assez large.

Au moment de l’entrée, VP1, 2et 3 possèdent un résidu myristyl qui se lient aux protéines membranaires. Il y a endocytose, la vacuole migre vers le noyau. Le déshabillage a lieu après que la particule ait pénétré le noyau (la particule entière rentre).

Deux phénomènes se produisent :

- Transcription précoce

- Réplication de l’ADN + transcription tardive

Les messagers migrent dans le cytoplasme par polyA pour y être traduit.

Rq : lorsque l’on a des mutants VP1/VP3, on n’a pas déshabillage.

1.4. Expression des gènes

Le virus est sous forme de minichromosome dans le noyau. Il utilise l’ARN polymérase II cellulaire pour transcrire son génome. Le virus va donc dépendre de l’état de la cellule qui doit être à l’état actif de transcription et réplication. C’est l’Ag T qui dirige ces 2 étapes. La régulation des gènes précoces (Ag T) va se produire par l’intermédiaire de l’Ag T lui-même (présence d’un enhancer très fort qui permet une expression très rapide).

L’Ag petit T n’est pas absolument nécessaire pour la réplication virale, on sait qu’il va réguler l’expression tardivement et indirectement par une association avec des protéines régulatrices cellulaires. Chez le polyomavirus, c’est un enhancer alors que chez le SV40, ce sont 2*72 et 3*21 bases.

Si il y a trop d’Ag grand T, il se fixe et bloquer l’expression des gènes précoces (early) ce qui favorise les tardifs (late). Chez SV40, l’activation se fait par un switch différent. Fixation sur les 72, blocage du late et activation du early.

1.5. Réplication du génome

Il va y avoir intervention de l’ADN pol α (cellulaire), DBP (cellulaire) (DNA Binding Protein), la p53 et la p105. La réplication de l’ADN viral est initiée par la fixation du grand T à l’origine. Lorsqu’il y a beaucoup d’Ag T, celui-ci va se fixer sur son site de fixation ce qui provoque un shut off des early et allumage des late. La fixation de T est du à un changement de phosphorylation. L’interaction pol α-Ag T a lieu au niveau de l’origine de réplication. T fixe p53 ce qui lève la régulation et entraîne une transformation.

Vient ensuite l’accumulation de protéines virales, assemblage des capsides... (Cf. adénovirus).

La particule est finalement exportée par des vacuoles jusque le lyse cellulaire (surtout chez les SV40) (cycle complet in vitro est de 2-3 jours).

Deux possibilités au niveau pathogenèse :

- Cycle lytique avec production de virus

- Infection abortive (évoluant vers une cancérisation)

La voie empruntée dépend du type de cellule infectée :

Un polyomavirus, in vitro, donnera une infection lytique sur cellule de souris, alors que sur rat ou hamster, il donner une cancérisation. Le SV40 fait un cycle lytique chez le singe et une transformation chez la souris. Le grand T est suffisant pour provoquer l’immortalisation des cellules primaires chez les rongeurs mais elle sera d’autant plus grande qu’en plus, il y a le petit T (les 2 partagent une partie N_T identique de 82 acides aminés).

Trois domaines sont impliqués dans la transformation, ils induisent aussi des tumeurs chez les animaux. Si un seul de ces domaines disparaît, l’inactivation est complète (plus de cancérisation).

- Domaine 1 : Liaison à l’ADN, agit dans la réplication mais aussi dans le contrôle de l’information oncogénique. Interaction avec les DNA J (protection protéique, protéines chaperonnes).

- Domaine 2 : Liaison avec la protéine RB (p105) ce qui empêche la p107 et 130 d’être phosphorylées.

- Domaine 3 : Liaison à la p53. Le domaine de liaison à cette protéine est doublé.

Un nouveau domaine en CT (cours d’étude) bloquerait l’apoptose.

Dans le petit T, un domaine va se lier à la phosphatase PP2A (protein phosphatase 2A) ce qui augmente la prolifération cellulaire. En NT, on a des régions de stimulation de T.

Le petit T peut s’associer à la tubuline, le moyen T peut s’associer à des protéines cellulaires en particulier à la PP2A, à des protéines oncogènes, et stabilise même le complexe p53-T.

T va modifier l’environnement cellulaire, affecter le cycle cellulaire et la réplication de l’ADN, va augmenter la réplication du génome viral et mettre en route la transformation cellulaire.

Ces types de virus sont de très bons modèles d’étude de la réplication de l’ADN mais aussi mise en route de l’oncogénèse.

1.6. Pathogenèse

On retrouve les 2 types d’infection, infection productive qui mène au cycle lytique ou infection abortive évoluant vers l’oncogénèse.

Il peut y avoir un changement de métabolisme et mener vers un des deux. Le virus dépend beaucoup de l’état et du type cellulaire (cf. réplication du génome).

Le JCV est associé à la PML (Progressive Multifocale Leucoencéphalopathie) atteint la matière blanche du cerveau ce qui entraîne une démyélinisation progressive des cellules nerveuses, l’inflammation produite va se propager dans le Système Nerveux Central (SNC). La conséquence est une dégénérescence des fonctions (proche de la sclérose). Les personnes ciblées sont les personnes sensibles telles que les bébés, personnes âgées, transplantés, immunodéprimés.

Le BKV (Baby Kidney Virus) cause des problèmes respiratoires chez l’enfant. Il a été trouvé associé à des tumeurs chez l’adulte sans avoir détecté des primo infections. La primo infection varie selon la dose infectante, virulence de la souche et le terrain.

2. Les papillomavirinae

Ils ont pris de l’importance durant les 15 dernières années. Le premier mis en évidence fut le PVH (PapillomaVirus Humain) et en particulier le V, responsable d’un grand nombre de verrues (Hypodermodysplasie verruciforme). Ils sont responsables de beaucoup de cancers génitaux car donnent soit des verrues, soit des tumeurs (vagin, pénis, anus, bouche….).

Le 1^er papillomavirus a été mis en évidence en 1933 chez le lapin. Le 1^er humain fut découvert en 1907 (verrue). En 1970 eurent lieu les premiers clonages des virus humains. Les progrès ont été réalisés grâce aux bovins (intérêt financier et modèle animal).

2.1. Morphologie

Ce sont des virus nus, à capside icosaédrique (72 capsomères) de taille 52-55nm. Le génome d’ADN de 7-8 kb, est double chaîne circulaire (présence d’histones, mini chromosome).

Seulement 2 protéines de capsides sont présentes : L₁ (protéine majeure) et L₂ (protéine mineur en quantité).

L₁ et L₂ sont des protéines tardives, 6 autres protéines sont précoces.

E₇ possède la partie N_T de E₁. Il y a des chevauchements partiels (E₂ et E₄), le C_T de E₆ correspond au N_T d’E₁ et le C_T d’E₁ est le N_T d’E₂.

E₁ se réplique de façon épisomale, il se multiplie dans le cytoplasme, il n’a pas besoin de s’intégrer.

Il y a stimulation des synthèses cellulaires.

La réplication se fait selon le modèle de Kairns, l’ADN est bicaténaire, il y aura 2 phases. Au bout de 10 à 20h d’infection, la réplication du génome a lieu (précoce), les virions s’accumulent (tardifs).

Il y a apparition de E₃ et E₈. (Il existe des ORF putatifs mais on ne connaît pas les protéines synthétisées). Trois messagers différents, pour E₂-E₅, donnent la même protéine. Ils ont des C_T identiques mais des N_T différentes.

Gene:	Function:
E1	Initiation of DNA replication (helicase)
E2	Transcriptional regulation/DNA replication
E3	???
E4	Late NS protein; Disrupts cytoskeleton
E5	Transforming protein, interacts with growth factor receptors, e.g. PDGF*
E6	Transforming protein, binds to p53 leading to degradation
E7	Transforming protein, binds to pRB (à la p105)
E8	???
L1	Major capsid protein
L2	Minor capsid protein

*PDGF= Plattelets Derive Growth Factor

Par épissages multiples, chevauchements, déplacement du cadre de lecture, on obtient des protéines avec des actions différentes (grâce à des domaines multiples). Les protéines précoces NS (Non Structurales) vont intervenir dans la transformation cellulaire. Les protéines transformantes varient d’un virus à l’autre. Il va y avoir une sorte de confusion entre la fonction de la protéine et le mécanisme de transformation.

Ex : E₂-E₅ contient le N_T d’E₂ et C_T d’E₅. E₂-E₅ peut interférer avec E₂ et E₅. Les protéines de fusion amènent des confusions.

La pathogénicité varie selon la production de protéines de fusion. Si dans E₂/E₅, E₂ est caché (par sa configuration 3D), on favorise E₅, soit une transformation.

Dans les cellules tumorales, on a 2 cas différents :

- Maintien du génome

- Disparition du génome viral, c’est le « hit and run ».

Premièrement, E₂ va d’abord se lier au promoteur précoce et fait décroître la production d’E₆/E₇ (bloque les synthèses). On a perte d’E₂.

E₇ va ensuite se lier à Rb105, il va y avoir action sur les kinases (blocage des phosphorylations). Ce phénomène devrait lancer l’apoptose. En parallèle, E₆ bloque la p53, ce qui détruit les protéines de régulation. E₆ et E₇ agissent sur des protéines cellulaires qui vont modifier l’expression finale de l’infection.

Ex : Si p53 se lie à la protéine bax, il y aura liaison à E6 et apoptose.

Si p53 se lie à la protéine p21, il y a liaison à E₇ menant à l’arrêt de la croissance.

Ex2 : La protéine E₇ des HPV est sensible à la protéine E1A (possède une domaine égal). T des SV40 jouent un rôle dans l’activation. Toutes ces protéines ont des cibles identiques car ont des domaines identiques.

2.2. Réplication

Elle se fait sous forme de plasmide nucléaire (épisome), il y aura beaucoup de copies. Deux mécanismes sont utilisés :

û Réplication plasmidique : dans les cellules dermiques non différenciées sous forme active (50 à 400 copies/cellules).

Phase : Réplication indépendante de la cellule

Phase ‚ : Quand le nombre de copies atteint 50, la réplication se fait en même temps que la division cellulaire (division synchrone). E1 régule cette régulation.

û Réplication végétative : a lieu dans les cellules terminales (ou différenciées comme les cellules kératinisées par exemple). Le contrôle du nombre de copies est perdu. La réplication de l’ADN s’emballe, on peut se retrouver avec des milliers de copies par cellules.

2.3 Pathogenèse

Les virus sont répandus dans la nature, ils sont présents sous forme de verrues puis propagation. Deux types de verrues :

- Verrues superficielles : verrues plates.

- Verrues plantaires : très profondes dans le derme.

Rq : Verrues génitales = condylome

Le traitement est local par des produits caustiques ou azote liquide. Les verrues perdurent pendant plusieurs années ou vont disparaître grâce aux lymphocytes T cytotoxiques (CTL).

Les infections latentes peuvent se déclarer ou pas suite à des UV.

Il existe une soixantaine de HPV.

Les papillomavirus peuvent être cancéreux. Ceux du col de l’utérus sont fréquents : 500000 cas/an en 1999. Ils sont la cause la plus forte de cancers mortels chez la femme.

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