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RÉTROVIRUS

Les rétrovirus sont des virus globulaires enveloppés, d’un diamètre de 110 à 125 nanomètres, très répandus dans le monde animal. Ils sont la cause de différentes formes de cancer, d’immunodéficiences, dont le sida, et de dégénérescences du système nerveux central. Ce sont des parasites vrais car leur génome s’intègre sous forme d’ADN proviral, le provirus, dans celui de la cellule hôte, pour ensuite s’exprimer pendant toute la vie active de la cellule. Les manipulations génétiques récentes de rétrovirus ont abouti à l’élaboration de vecteurs rétroviraux pour le transfert de gènes dans des cellules, et cette méthode, en cours d’expérimentation chez l’animal, va permettre le développement de nouvelles thérapeutiques.

Caractères généraux

La découverte des premiers rétrovirus a suivi de près l’émergence de la virologie en tant que nouvelle discipline de la biologie à la fin du XIX^e siècle: elle date du début du XX^e siècle en Europe et aux États-Unis et a permis d’identifier le virus de l’anémie du cheval (EIAV), de la leucose aviaire (ALV) et du sarcome de Rous (RSV). Depuis lors, on a découvert de très nombreux rétrovirus infectant les mammifères, y compris l’homme, avec, par exemple, le virus de la leucémie de la souris (MuLV), du chat (FeLV), des bovins (BLV), de l’homme (HTLV), les virus du mouton et de la chèvre (Visna, CAEV) et les virus de l’immunodéficience du chat (FIV), du singe (SIV) et de l’homme (VIH, virus de l’immunodéficience humaine, responsable du sida).

Les rétrovirus sont très répandus dans le monde animal: ils sont fréquents chez les Mammifères, les oiseaux et les poissons; ils ont été identifiés chez des mollusques, comme la moule, des annélides, comme le ténia, et des insectes comme la mouche. Enfin, le caractère universel des rétrovirus est attesté par le fait qu’ils forment avec les pararétrovirus comme les hépadnavirus (virus de l’hépatite B), et les caulimovirus (virus de plante) la classe exogène d’éléments génétiques mobiles, et répétés appelés «rétroéléments» présents dans tout le monde vivant.

Les rétrovirus peuvent être la cause de différentes formes de cancer (leucémie, lymphomes, sarcomes, etc.) de pathologies pulmonaires et articulaires, d’immunodéficiences (dont le sida chez l’homme), et de dégénérescences du système nerveux central. Parfois ils peuvent aussi n’avoir aucune conséquence pathologique.

Les rétrovirus ont joué un rôle capital dans l’émergence de nouveaux concepts en biologie et leurs développements expérimentaux depuis environ cinquante ans. La découverte de la transcriptase inverse, par exemple, montre que l’information génétique n’est pas à sens unique ADNARNprotéine, mais peut aller de l’ARN vers l’ADN. On peut citer aussi les applications biotechnologiques de la transcriptase inverse pour exprimer des protéines et des enzymes animales; la découverte des premiers oncogènes, qui sont à l’origine des gènes cellulaires captés par un rétrovirus, puis modifiés lors de la réplication du virus pour acquérir des propriétés oncogéniques responsables de cancers, et la mise au point des vecteurs rétroviraux pour le transfert de gènes chez l’animal et chez l’homme.

Classification des rétrovirus en microscopie électronique

Chez les rétrovirus la particule virale est globulaire, d’un diamètre de 110 à 125 nanomètres, et enveloppée. Un examen attentif permet de distinguer trois sous-structures qui sont l’enveloppe avec ses projections, ou spicules, correspondant aux glyco-protéines virales de l’enveloppe, une membrane interne et le noyau viral, ou nucléocapside, contenant le génome et les enzymes virales. Selon la localisation des virus, intra- et/ou extracellulaire, la taille des spicules et la structure de la nucléocapside, on peut classer les rétrovirus en plusieurs types:

– type A, intracytoplasmique ou vésiculaire, comme les IAP, qui sont proches du virus MuLV de la souris;

– type B, intra- et extracellulaire, avec une grosse nucléocapside ronde et excentrée, comme le virus de la tumeur mammaire de la souris (MMTV);

– type C, extracellulaire, avec une grosse nucléocapside ronde et centrale; ils sont les plus fréquents, par exemple les virus de la leucémie de la souris (MuLV) et du chat (FeLV);

– type D, membranaire et extracellulaire, avec des spicules visibles et une nucléocapside conique; c’est le cas du VIH, l’agent causal du sida.

Un autre type de particules virales avec de très longues spicules de 20 à 25 nanomètres et une nucléocapside ronde et centrale, à la fois intra- et extracellulaire, a aussi été identifié, et correspond aux spumavirus, qui sont une classe à part chez les rétrovirus (cf. infra ).

La composition biochimique des rétrovirus est d’environ 35 p. 100 de lipides et phospholipides venant de la cellule, de 60 p. 100 de protéines virales et de 5 p. 100 d’acides nucléiques, dont la moitié correspond à l’ARN génomique viral à l’état dimère et l’autre moitié à des ARN d’origine cellulaire. Chez les spumavirus le génome est essentiellement sous forme d’ADN double brin.

Classification des rétrovirus comme agents pathogènes

Cette classification est fondée sur des critères pathologiques, comme le type de maladie, son incidence et une éventuelle latence avant son émergence.

Les deux classes de rétrovirus reconnus comme agents pathogènes sont aujourd’hui les oncovirus et les lentivirus .

Parmi les oncovirus, qui sont en majorité des virus de type B ou de type C, on a pu identifier plusieurs sous-classes. Les oncovirus lents, comme ALV (oiseaux), MuLV (souris) et HTLV (homme) causent, par exemple, des leucémies et des lymphomes après un temps de latence. Les oncovirus rapides, comme RSV (oiseaux) et MSV (souris) contiennent un oncogène et causent des sarcomes sans temps de latence et avec une forte incidence.

Une autre sous-classe d’oncovirus existe aussi mais elle n’est pas, ou fort peu, pathogène et est présente sous forme d’éléments génétiques latents dans le génome de l’animal et de l’homme, à plusieurs centaines de copies. Ces virus dits endogènes sont homologues aux ALV (oiseaux) et MuLV (souris, chat, singe, homme), peu exprimés et transmis verticalement comme des caractères héréditaires.

Les lentivirus sont la cause d’immunodéficiences, comme le VIH, de dégénérescence du système nerveux central, d’anémie (EIAV chez le cheval), et de maladies pulmonaires et articulaires (Visna et CAEV chez la chèvre et le mouton), et présentent un temps de latence.

Les spumavirus, souvent trouvés chez les singes, ne sont pas associés à des maladies à l’heure actuelle.

Réplication et dissémination d’un rétrovirus: l’exemple du VIH-1

Grâce à de très nombreux travaux sur la structure et la réplication du VIH-1 et celles d’autres rétrovirus, on peut très schématiquement décrire le cycle de multiplication du VIH-1 en dix étapes.

Les cinq premières étapes concernent la formation du provirus. Ce sont, dans l’ordre: (1) la reconnaissance entre le virus et la cellule grâce à des interactions entre la glycoprotéine de surface SUgp120 du virus (correspondant aux spicules du virus) et deux récepteurs à la surface de la cellule, le CD4 et un récepteur de chimiokine; (2) la fixation du virus à la cellule; (3) la fusion des membranes cellulaire et virale conduisant à l’entrée de la nucléocapside dans le cytoplasme de la cellule; (4) la synthèse de l’ADN proviral par la transcriptase inverse dans la nucléocapside; (5) la translocation de l’ADN proviral associé à des protéines virales et cellulaires dans le noyau de la cellule et son intégration dans le génome de la cellule hôte par l’intégrase virale.

Les cinq étapes suivantes correspondent à l’expression de l’ADN proviral parasite et à la formation de nouvelles particules virales. Ce sont: (6) la synthèse du génome ARN viral; (7) celle des autres ARN viraux par épissage de l’ARN viral initial, et leur transport dans le cytoplasme; (8) la synthèse des protéines virales sous forme de précurseurs polyprotéiques, et leur transport en direction de la membrane externe; (9) à ce niveau a lieu l’assemblage des protéines virales, et l’encapsidation du génome ARN dans les particules virales en formation; (10) le bourgeonnement, la maturation et la libération des nouvelles particules virales dans le milieu extracellulaire.

La libération du VIH par les cellules infectées est très active, puisque des centaines à des milliers de particules virales sont produites chaque heure, pendant toute la vie de la cellule. Chez les personnes infectées par le VIH-1, on le retrouve dans de nombreux compartiments du corps, et plus particulièrement dans le sang, les sécrétions sexuelles, et en grande quantité associé aux ganglions lymphatiques.

La transmission du virus intervient lors de rapports hétéro- et homosexuels non protégés, à la suite de l’échange de seringues contaminées entre personnes usant de drogues par injection intraveineuse, et éventuellement à la suite de transfusions sanguines si le don de sang n’a pas été contrôlé. Après exposition au virus sous forme libre et/ou de cellules infectées, il semble que quelques heures suffisent pour que la contamination soit irréversible. L’infection s’installe avec, dans la majorité des cas, des signes cliniques allant des nausées et céphalées aux fortes diarrhées avec perte de poids. Cette première phase de l’infection correspond à une multiplication active du virus dans les monocytes et les macrophages, les premières cibles cellulaires du VIH-1, puis, de façon très active, dans les lymphocytes T. La charge virale dans le sang des personnes en primo-infection est très élevée, de l’ordre de 10⁵ à 10⁶ copies de virus par millilitre. La présence de grandes quantités de virus et de cellules infectées induit au bout de quelques semaines une réponse immune à médiation cellulaire et humorale (la séroconversion anti-VIH), causant une forte réduction de la charge virale dans le sang. La phase dite asymptomatique suit la primo-infection et peut durer plusieurs années au cours desquelles le virus continue de se répliquer dans les lymphocytes T-CD4 et les organes lymphoïdes, les réservoirs du virus, en échappant à la réponse immune grâce à sa variabilité génétique liée à sa réplication intense. Cette stratégie réplicative du VIH ne cesse de stimuler, puis d’endommager le système immun – un lymphocyte T-CD4 infecté par ce virus a une vie réduite à un ou deux jours –, conduisant à sa destruction progressive. C’est pourquoi deux indicateurs très précieux en clinique sont la charge virale dans le sang et le niveau de lymphocytes T-CD4.

Quand le système immun est affaibli, des infections opportunistes touchant les poumons, les intestins et le système nerveux central, des cancers cutanés (sarcome de Kaposi) apparaissent et signent les premières phases du sida (syndrome d’immunodéficience acquise). Lors de la phase finale conduisant à la mort, les réponses immunes disparaissent et la charge virale dans le sang remonte fortement.

Des médicaments anti-VIH pour enrayer la multiplication du virus et l’arrivée du sida.

Les données accumulées sur la réplication du VIH, la structure et la fonction des enzymes virales, comme la transcriptase inverse et la protéase, ont permis d’élaborer des médicaments assez spécifiquement anti-VIH.

Ceux qui sont les plus utilisés en clinique sont dirigés contre la transcriptase inverse, les anti-RT, bloquant les phases précoces du cycle viral, et la protéase, les anti-PR, bloquant les phases tardives du cycle. Cette stratégie, connue sous le vocable de trithérapie (deux anti-RT, et un anti-PR), permet de réduire de cent à trois cents fois la charge virale dans le sang, et semble aussi le faire dans les organes lymphoïdes, avec pour résultats une très nette amélioration de l’état clinique des personnes infectées. Cependant, cette trithérapie est lourde – elle exige de fréquentes prises de médicaments –, et environ un tiers des personnes traitées ne la supportent pas. Enfin, le recul n’est pas encore suffisant pour savoir si une résistance à la trithérapie peut apparaître, comme c’est le cas avec les anti-RT et les anti-PR seuls.

L’organisation génétique des rétrovirus VIH et MuLV et le développement des vecteurs rétroviraux.

Dans l’ADN proviral, qui parasite l’hôte cellulaire, trois gènes de structure, GAG, POL et ENV, sont encadrés par des éléments qui contrôlent leur expression (séquences répétées LTR) alors que l’encapsidation et la transcription inverse de l’ARN génomique viral sont régulées par les séquences PBS, E/DLS et PPT. En ce qui concerne les gènes de structure, GAG code pour les protéines de constitution de la membrane interne et de la nucléocapside du virus, POL code pour les enzymes protéase, transcriptase inverse et intégrase retrouvée dans la nucléocapside du virus, et ENV code pour les deux glycoprotéines formant les spicules du virus, celle de surface et l’autre transmembranaire (SUgp120 et TMgp41 chez VIH-1).

VIH-1 se distingue du virus MuLV par le codage d’un grand nombre de protéines de régulation intervenant dans l’expression du provirus, comme TAT et REV, lors de la formation des particules virales VIH-1, comme VPU, VIF et NEF, et au cours des premières étapes de l’infection virale, comme VPR. Chez MuLV, une seule protéine de régulation a été identifiée, le GlycoGAG, qui est impliqué dans les pathologies induites par différentes souches de MuLV.

La taille assez réduite de l’ADN proviral MuLV, moins de10 000 paires de bases, a facilité de nombreuses études génétiques et de larges manipulations de ce génome et a abouti à la mise au point de vecteurs rétroviraux pour le transfert de gènes. L’organisation génétique de base d’un vecteur rétroviral dérive du provirus MuLV, dans lequel les gènes GAG, POL et ENV ont été remplacés par un ou plusieurs gènes d’intérêt en recherche fondamentale et/ou en thérapeutique, encadrés par les LTR et les séquences PBS, E/DLS et PPT. Cet ADN est introduit par transfection dans des cellules humaines ou de souris qui expriment de façon constitutive GAG, POL et ENV, ce qui donne naissance à des virus recombinants ne contenant que le génome issu du vecteur rétroviral, car il est le seul à avoir la séquence d’encapsidation E/DLS. Ces virus recombinants ont la capacité d’infecter un grand nombre de types cellulaires différents, mais le cycle viral est limité aux étapes précoces pour aboutir à la seule expression du gène d’intérêt, à l’exclusion des gènes viraux GAG, POL et ENV. Plusieurs types de vecteurs rétroviraux dérivés de MuLV, et très récemment de VIH-1, sont utilisés dans de nombreux domaines de la recherche, tels que la virologie, la cancérologie et le développement. En Europe et aux États-Unis, de nombreux essais sont faits sur l’homme avec des vecteurs rétroviraux pour tenter d’exprimer des gènes à action antivirale ou anticancéreuse, ou pour corriger des déficits génétiques.

• 1978; angl. retrovirus (1976), de re(verse) tr(anscriptase), o- et virus

n. m. BIOL Nom générique des virus dont le matériel génétique est constitué d'A.R.N., lequel peut se transcrire en A.D.N., et qui sont capables de s'intégrer dans le génome d'une cellule. Les virus oncogènes, le virus du sida sont des rétrovirus.

⇒RÉTROVIRUS, subst. masc.

IMMUNOL. Virus oncogène responsable des leucémies et des cancers des animaux et peut-être de l'homme (d'apr. GARNIER-DEL. 1986). L'équipe du Professeur Michel Boiron consacre ses recherches à la biologie des rétrovirus, c'est-à-dire aux virus oncogènes, plus particulièrement ceux des leucémies et des sarcomes (Nouvelles de France, 15 sept. 1978, n ° 38, p. 8 ds Clé Mots). On connaît parfaitement certains virus qui induisent des cancers chez les animaux (...). Ces virus sont appelés des rétrovirus comme le virus responsable du SIDA (Fondamental, juill. 1987, n ° 35, p. 16).

Prononc.:[]. Étymol. et Hist. 1978 (Nouvelles de France, loc. cit.). Empr. à l'angl. retrovirus, att. en 1976 comme terme de lat. sav. (NED Suppl.²), formé de re- et tr- représentant l'expr. reverse transcriptase « enzyme responsable de la transcription inverse qui catalyse la formation d'acide désoxyribonucléique (v. désoxy-) à partir d'acide ribonucléique (v. ribo-) » (comp. de transcriptase « enzyme responsable de la transcription qui catalyse la formation d'acide ribonucléique à partir d'acide désoxyribonucléique » et de reverse « inverse »), de la voyelle -o- de liaison, et de virus (v. fr. virus).

rétrovirus [ʀetʀɔviʀys] n. m.

ÉTYM. 1977 en angl.; lat. mod., des initiales de l'angl. re(verse) tr(anscriptase) « transcriptase inverse », -o-, et virus.

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♦ Biol. Virus à ARN, de la famille des Retroviridæ, caractérisée par la possession de la transcriptase inverse, et qui comprend des virus oncogènes pour les animaux et le virus mis en évidence chez les malades atteints du sida.

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