Diversité génétique et ses implications sur le diagnostic et le monitoring du VIH-1 et du VHC

Généralité sur le VIH 1. Histoire de l’infection à VIH

Classification 

Le Virus de l’Immunodéficience Humain (VIH) fait partie de la famille des Rétroviridae caractérisée par la présence d’une enzyme, la transcriptase inverse qui permet de retro-transcrire l’ARN viral en ADN. Les rétrovirus peuvent être classés en deux grandes catégories : les rétrovirus exogènes (qui ne sont pas présents naturellement dans l’organisme et qui ont besoin d’infecter pour effectuer leur cycle de réplication) et les rétrovirus endogènes (le matériel génétique est présent au sein du génome de l’hôte et qui n’est pas généralement exprimé). Selon l’International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV), les rétrovirus exogènes peuvent être subdivisés en 7 genres regroupés en deux sous-familles : les orthoretrovirinae (regroupant les genres Alpharetrovirus, Betaretrovirus, Gammaretrovirus, Deltaretrovirus, Epsilonretrovirus et Lentivirus) et les spumaretrovirinae (regroupant le genre Spumavirus). Le genre lentivirus peut être subdivisé selon la base des hôtes qu’ils infectent (primates, les moutons et les chèvres, les chevaux, les chats et bovins) en 5 « sous-genre » et le VIH tout comme le VIS fait partie du « sous-genre » des lentivirus de primates. Les lentivirus sont caractérisés essentiellement par des pathologies à évolution lente et un caractère cytopathogène (destruction des cellules hôtes).

Origine du VIH 

L’origine de l’infection à VIH serait simienne selon la communauté scientifique et cette théorie serait fondée sur des analyses phylogénétiques des lentivirus qui établissent l’existence d’un ancêtre commun entre le VIH et le VIS (Virus d’Immunodéficience Simien). Une recombinaison entre le SIVgsn et le SIVrcm aurait probablement eu lieu chez le chimpanzé et ce virus recombinant est à l’origine de l’ancêtre commun de la lignée SIVcpz, lequel fut par la suite transmis à l’homme (Bailes et al., 2003). Les virus de l’immunodéficience humaine VIH-1 et VIH-2 sont le résultat de plusieurs transmissions inter-espèces de virus simiens à l’homme. Il a été montré que le SIVcpzPtt, à l’origine du VIH-1 des groupes M et N, est toujours présent dans les populations de chimpanzés Pan troglodytes troglodytes du Sud Cameroun. L’ancêtre du VIH-1 du groupe O est présent chez le gorille de l’Ouest (Gorilla gorilla) Généralités sur le VIH 5 mais les chimpanzés sont le réservoir original du SIVgor et il reste à établir si le VIH1 du groupe O a été transmis à l’homme par le gorille et/ou le chimpanzé (Keele et al., 2006). Au moins huit transmissions inter-espèces de SIVsmm ont eu lieu entre l’homme et le mangabey enfumé, correspondant aux 8 groupes HIV-2 (Peeters et al., 2008). D’après des analyses phylogénétiques, la transmission inter-espèces a eu lieu le plus probablement en Afrique Équatoriale de l’Ouest, aire de répartition des gorilles de l’Ouest et du chimpanzé P. t. troglodytes. Ainsi l’origine des quatre groupes de virus VIH-1 serait l’Afrique Centrale (Peeters et al., 2008; Plantier et al., 2009). 

Découverte du VIH 

Les premiers cas de SIDA ont été découverts en 1981 par le CDC aux États-Unis après l’annonce d’une recrudescence dans les villes de Los Angeles, San Francisco et New York de cas de pneumonies et de sarcomes de Kaposi. À partir de 1982, avec les premiers cas identifiés en France, la recherche française débutait et en 1983 un examen au microscope électronique avait permis de visualiser pour la première fois le virus. Ce nouveau rétrovirus était alors appelé Lymphadenopathy Associated Virus (LAV) (Barre-Sinoussi et al., 1983). À ce stade le lien entre le LAV et le SIDA n’était pas clairement établi par l’équipe de Luc Montagnier. En 1984, l’équipe de Robert Gallo publia dans Sciences les résultats de l’isolement d’un virus qu’il considérait comme responsable du Sida et le nommait HTLV-3 (Popovic et al., 1984). L’équipe de Jay A. Levy à San Francisco faisait de même le 24 août 1984 et trouvait plusieurs rétrovirus, qu’elle nommait AIDS-related virus (Levy et al., 1984). En 1985, le séquençage du LAV était réalisé par une équipe de l’Institut Pasteur qui publiait ses résultats dans Cell (Wain-Hobson et al., 1985). C’est cette même année qu’il avait été confirmé que les trois virus (LAV, HTLV-3 et ARV) étaient identiques. En 1986, les résultats de l’étude d’un patient venant d’Afrique de l’Ouest avaient permis d’identifier un nouveau type de LAV, le LAV-2 (Clavel et al., 1986). Le séquençage du nouveau virus était réalisé l’année suivante, ainsi que la mise au point d’un test de dépistage. Durant la même année, le LAV (ainsi que les autres dénominations) était officiellement renommé en virus de l’immunodéfience humaine (VIH), le LAV-1 devient VIH-1 et le LAV-2, le VIH-2. La communauté internationale prend conscience de la gravité de l’épidémie qui se transforme rapidement en pandémie et c’est ainsi qu’en 1987, l’Assemblée Générale Généralités sur le VIH 6 des Nations Unies vote une résolution invitant tous les États et toutes les agences onusiennes à coopérer pour lutter contre cette pandémie. 

Biologie du VIH 

Le VIH-1 a été isolé et décrit en 1983 par l’équipe française de Luc Montagnier (Barre-Sinoussi et al., 1983). Même si sa morphologie et son organisation moléculaire sont assez bien connues, il reste beaucoup à élucider sur les fonctions de ses différents gènes et leurs interactions avec les composants de la cellule hôte. 

Structure et organisation génomique

Structure du VIH

 Au microscope électronique, le virion mature se présente sous forme d’une particule sphérique enveloppée de 80-120 nm de diamètre (Figure 1). Comme tous les lentivirus, le VIH est constitué de : Figure 1 : La particule virale du VIH-1 (http://www.imgt.org/IMGTeducation/Tutorials/MHC/_FR/Presentation/images/HIV.png, consulté le 02/04/2015)  L’enveloppe virale : Elle est constituée d’une bicouche phospholipidique et de deux glycoprotéines : la gp120SU et gp 41TM. La molécule gp 41 traverse la bicouche lipidique tandis que la molécule gp120 occupe une position plus périphérique. L’enveloppe virale dérive de la cellule hôte et contient ainsi des protéines membranaires de cette dernière parmi lesquelles les antigènes du CMH (Complexe Majeur d’Histocompatibilité), l’actine et Généralités sur le VIH 7 l’ibiquitine (Arthur et al., 1992). Pour le VIH-2, les équivalents respectifs des glycoprotéines gp120 et gp 41 sont la gp125 et de la gp36.  Glycoprotéine de surface ou gp120SU La glycoprotéine de surface gp120 est composée d’environ 480 acides aminés (aa). Elle est organisée en cinq régions constantes (C1-C5) dont les séquences sont semblables quelle que soit la souche virale et cinq régions variables (V1-V5) appelées boucles variables, ce qui montre une grande variabilité inter-souches (Pancera et al., 2005). Les régions variables V1-V4 sont ancrées à leur base par des ponts disulfures et masquent les sites de liaison du récepteur CD4 et des corécepteurs, CXCR4 ou CCR5 (Pancera et al., 2005; Starcich et al., 1986).  Glycoprotéine transmembranaire ou gp41TM La glycoprotéine Gp41 contient un domaine N-terminal fusogénique, promoteur de la fusion membranaire entre le virus et la cellule hôte. Elle est liée aux régions hydrophobes des extrémités N-terminal de la Gp120 par des liaisons non covalentes (Pancera et al., 2005). Du point de vue structural, la gp 41 est un trimère composé de 340 aa et composée et de 3 domaines : un ectodomaine N-terminal d’environ 180 acides aminés qui contient quatre sites de N-glycosylation, un pont disulfure qui intervient dans la formation des complexes trimériques, une ancre transmembranaire et un long domaine intra cytoplasmique contenant des motifs variés qui contribuent à la réplication virale (Center et al., 2002; Chan et al., 1997).  Matrice virale p17MA Constituée par la protéine p17, la matrice participe à la stabilité de la structure virale, grâce à sa liaison avec la bicouche phospholipidique qui sert d’enveloppe virale. La protéine de la matrice p17MA est impliquée dans les 2 phases (précoce et tardive) de la réplication virale et dans la production de particules infectieuses. Elle est aussi impliquée dans le recrutement et l’incorporation des glycoprotéines d’enveloppe (gp120/gp41) à la surface des virions (Davis et al., 2006; Murakami, 2012). La p17MA est essentielle à la pénétration du virus dans les cellules par la régulation de la fusion entre les deux membranes virale et cellulaire (Murakami et al., 2004). Généralités sur le VIH 8  La Capside p24CA C’est la protéine majeure du core du virus. Il s’agit d’une protéine phosphorylée de 24kD qui se présente sous forme d’oligomérique. Elle se condense autour du génome viral pour générer la nucléocapside de forme conique qui comprend 2 domaines indépendants. Les deux domaines de la capside sont reliés de manière covalente par un lien flexible (Gamble et al., 1997) et ils semblent être eux-mêmes exceptionnellement flexibles (Mateu, 2009).  La protéine p7 NC La p7 NC est une petite protéine fortement basique de moins de 100 acides aminés. Elle se lie à l’ARN génomique dont elle assure l’encapsidation dans le virion en assemblage (D’Souza and Summers, 2005). Elle est indispensable à la dimérisation de l’ARN viral (Feng et al., 1999; Song et al., 2007) et permet l’initiation de la transcription inverse en favorisant l’accrochage de l’amorce de transcription, l’ARNt Lys (Graham et al., 2011; Hargittai et al., 2001).  La protéine p6 La protéine p6 est importante pour l’incorporation de la protéine accessoire Vpr à laquelle elle est associée (Kondo et al., 1995). Elle jouerait également un rôle important dans le recrutement et l’encapsidation des protéines Pol dans le virion en assemblage (Yu et al., 1998) et intervient dans le relargage des virions (Huang et al., 1995).  Les peptides p1 et p2 Ils permettent la régulation de l’activité de la protéase. La p2, située entre les protéines de la capside et la protéine de la Nucléocapside, est essentielle à l’assemblage et à la production de particules virales infectieuses (Guo et al., 2005; Krausslich et al., 1995). Le site p2/NC serait de loin le site de clivage le plus variable. Avec la diversité intra sous type, cette variation serait de 18,66% dans le sous-type B, plus importante pour les sous-types non B, elle atteindrait 42,42% dans le sous-type C (de Oliveira et al., 2003; Liegeois et al., 2013). 2.1.2. Organisation génomique du VIH Les génomes du VIH-1 et VIH-2 partagent entre eux, une homologie d’environ 60% pour les gènes les plus conservées (gag et pol) et entre 30 à 40% pour les autres Généralités sur le VIH 9 gènes, y compris env et les LTRs (Guyader et al., 1987). Le génome du VIH-1 est caractérisé par une grande variabilité et un polymorphisme d’une souche à une autre, cependant la structure génétique est toujours similaire (figure 2). Le génome du VIH-1 est d’une longueur de 9.2 kb et contenant des gènes qui sont au nombre de neufs. Ces gènes sont classés suivant trois groupes fonctionnels en gènes de structure (gag, pol et env), gènes accessoires composés par les gènes régulateurs (tat et rev) et les gènes auxiliaires (vpu, vpr, vif et nef). Neuf cadres de lecture ouverts (Open Reading Frames, ORFs) sont présents, chacun correspondant à un gène. L’ARN viral est flanqué à ses extrémités des séquences non codantes contenant de nombreux sites potentiels de liaisons à des protéines cellulaires : ce sont les LTR (Long Terminal Repeat).