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Comment les rétrovirus sortent-ils de la cellule

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Ne font-ils que traverser la membrane ? Existe-t-il un transporteur ou un mécanisme spécifique ? Cela varie-t-il ?

J'ai vu des photos si rétrovirus hors de la cellule mais pas de détails


Les rétrovirus, comme de nombreux autres virus enveloppés, sortent de la cellule par un processus appelé bourgeonnant. Le virus utilise la machinerie hôte pour produire des protéines transmembranaires pour enrichir des zones de la membrane cellulaire hôte en protéines transmembranaires virales, et coopte un processus hôte pour libérer des vésicules. Vous pouvez voir le bourgeonnement illustré dans le contexte du cycle de vie du VIH dans cette figure de Murray Medical Microbiology.

Le processus a été étudié en détail dans le VIH et d'autres rétrovirus.


Les rétrovirus sont incapables de traverser la membrane cellulaire


La diversité des rétrotransposons LTR

Les génomes eucaryotes regorgent de rétrotransposons à répétition terminale longue (LTR). Bien que la plupart des rétrotransposons LTR aient des caractéristiques structurelles communes et codent pour des gènes similaires, il existe néanmoins une diversité considérable dans leur organisation génomique, reflétant les différentes stratégies qu'ils utilisent pour proliférer au sein des génomes de leurs hôtes.

Les transposons sont des éléments génétiques mobiles qui peuvent se multiplier dans le génome en utilisant une variété de mécanismes. Les rétrotransposons se répliquent par transcription inverse de leur ARN et intégration de l'ADNc résultant dans un autre locus. Ce mécanisme de réplication est partagé avec les rétrovirus, à la différence que les rétrotransposons ne forment pas de particules infectieuses qui quittent la cellule pour infecter d'autres cellules. Les rétrotransposons à répétition terminale longue (LTR), l'un des principaux groupes de rétroéléments (qui comprennent à la fois les rétrotransposons LTR et non-LTR ainsi que les rétrovirus), sont parmi les constituants les plus abondants des génomes eucaryotes. Les LTR sont les répétitions de séquence directe qui flanquent la région codante interne, qui - dans tous les rétrotransposons LTR autonomes (fonctionnels) - comprend des gènes codant à la fois des protéines structurelles et enzymatiques. Les gag gène code pour des protéines structurelles qui forment la particule virale (VLP), à l'intérieur de laquelle la transcription inverse a lieu. Les pol gène code plusieurs fonctions enzymatiques, dont une protéase qui clive la polyprotéine Pol, une transcriptase inverse (RT) qui copie l'ARN du rétrotransposon en ADNc et une intégrase qui intègre l'ADNc dans le génome.

Une grande partie de ce que nous savons sur les mécanismes de rétrotransposition de LTR (Figure 1) provient de travaux sur les rétrotransposons de levure [1, 2], mais il est généralement admis que le mécanisme est très similaire parmi les rétrotransposons de LTR d'hôtes divergents. Tout d'abord, l'ARN d'un rétrotransposon est transcrit par l'ARN polymérase II codée dans la cellule à partir d'un promoteur situé dans le 5' LTR. L'ARN est ensuite traduit dans le cytoplasme pour donner les protéines qui forment la VLP et réalise les étapes de transcription inverse et d'intégration. En règle générale, deux molécules d'ARN sont emballées dans une particule ressemblant à un virus, et l'ARN est ensuite transformé en une copie d'ADN complète par une réaction de transcription inverse qui est d'abord amorcée à partir d'un ARNt qui s'apparie à une séquence proche du 5' LTR ( le site de liaison de l'amorce). L'ADNc partiel résultant (appelé ADN « strong stop ») est transféré du LTR 5' au LTR 3', où se déroule la transcription inverse. Un deuxième événement d'amorçage s'amorce au niveau d'un tractus polypurine près du LTR 3'. L'ADNc amorcé à partir du tractus polypurine subit un transfert de brin supplémentaire, donnant finalement lieu à une molécule d'ADNc double brin. Enfin, l'ADNc est réintégré dans l'ADN hôte, ajoutant une autre copie du rétrotransposon au génome.

Le cycle de vie des rétrotransposons LTR. IN, intégrase PR, protéase RT, transcriptase inverse VLP, particule virale. Les triangles noirs représentent les LTR.


Le développement et la survie d'un organisme multicellulaire reposent sur la prolifération des cellules en passant par une série d'événements connus sous le nom de cycle cellulaire. Au cours de la première étape du cycle (G1), chaque cellule prend une décision importante : passe-t-elle à la deuxième étape (phase S) et réplique-t-elle son génome en vue de la division cellulaire, ou quitte-t-elle le cycle et devient-elle quiescente ( Pardee, 1974 Johnson et Skotheim, 2013) ?

Les cellules sortent généralement du cycle cellulaire afin de se différencier en types cellulaires distincts d'un organisme, tels que les neurones, les muscles ou la graisse (Sun et Buttitta, 2017). Si la décision d'arrêter la prolifération est perturbée d'une manière ou d'une autre, cela peut affecter le développement ou la fonction normale des tissus et des organes et entraîner des maladies, telles que le cancer. Cependant, comprendre les signaux qui contrôlent cette décision peut être difficile car une cellule G1 se préparant à entrer en phase S est essentiellement impossible à distinguer d'une cellule G1 qui deviendra inactive.

Une façon de surmonter ce défi consiste à surveiller visuellement les protéines qui ne sont actives que dans certaines phases du cycle cellulaire (Sakaue-Sawano et al., 2008 Zielke et al., 2014 Grant et al., 2018). Par exemple, un groupe de protéines appelées kinases dépendantes des cyclines (ou CDK en abrégé), qui entraînent les cellules en phase S, sont actives en G1 mais sont définitivement désactivées lorsque les cellules entrent dans un état de quiescence.

En 2013, un groupe de chercheurs a utilisé cette propriété des CDK pour distinguer les cellules de mammifères cultivées en G1 qui se préparaient à proliférer de celles entrant en repos (Spencer et al., 2013). Pour ce faire, ils ont conçu une protéine reporter fluorescente qui se trouve dans le noyau lorsque les CDK sont inactives et se déplace dans le cytoplasme lorsqu'elle est modifiée par des CDK actives (figure 1A). Le noyau et le cytoplasme sont facilement distinguables par microscopie time-lapse, ce qui permet de déterminer quand les CDK sont actives dans les cellules individuelles pendant G1.

Suivi de la progression du cycle cellulaire à l'aide d'un biocapteur fluorescent.

(UNE) Au fur et à mesure que les cellules se développent et se préparent à se diviser, elles traversent quatre phases différentes du cycle cellulaire : G1, S, G2, M. Au cours de ce cycle, l'activité des kinases dépendantes des cyclines (CDK) change. Ces fluctuations d'activité peuvent être surveillées à l'aide d'une protéine reporter fluorescente qui contient une partie de l'ADN hélicase B (DHB) humaine, qui se déplace du noyau vers le cytoplasme lorsqu'elle est phosphorylée par des CDK actives. Ainsi, les changements dans les niveaux de DHB dans le noyau et le cytoplasme (représentés dans les tons orange/rouge) peuvent être utilisés pour déterminer l'activité CDK d'une cellule. Au début de G1, l'activité CDK est faible et le DHB reste dans le noyau (indiqué en rouge). Certaines cellules G1 maintiennent ce faible niveau d'activité (CDK low ) et quittent le cycle cellulaire pour devenir quiescentes, tandis que les cellules avec des niveaux croissants d'activité CDK (CDK inc ) s'engagent dans un autre cycle cellulaire et entrent en phase S. (B) Adikes et al. ont montré que le rapporteur DHB pouvait surveiller la progression du cycle cellulaire de cellules individuelles chez des animaux vivants, tels que l'embryon d'un poisson zèbre. Il peut également identifier quelles cellules sont sorties du cycle cellulaire et lesquelles se préparent à la division.

Crédit image : Joy H Meserve.

Maintenant, dans eLife, David Matus de l'Université Stony Brook et ses collègues - dont Rebecca Adikes, Abraham Kohrman et Michael Martinez en tant que premiers auteurs conjoints - rapportent comment ils ont utilisé cette technique pour visualiser quand des cellules individuelles décident d'arrêter de se diviser chez les animaux vivants ( Adikes et al., 2020). Pour adapter le rapporteur CDK aux animaux, l'équipe (basée à Stony Brook, à l'Université du Colorado, à l'Université de Stanford, à l'Imperial College et à l'Université de Virginie) s'est tournée vers deux organismes expérimentaux bien étudiés : le ver nématode C. elegans et le poisson zèbre D. rerio.

Des travaux antérieurs utilisant le rapporteur CDK dans des cellules de mammifères en culture ont montré que toutes les cellules G1 ne se comportent pas de la même manière après la division cellulaire : certaines n'activent jamais les CDK et entrent en repos (cellules CDK low), tandis que d'autres commencent à augmenter l'activité CDK pendant G1 (cellules CDK inc) et s'engager finalement dans un autre cycle cellulaire (Figure 1A Spencer et al., 2013). Adikes et al. ont découvert que cette bifurcation dans les cellules G1 pouvait également être détectée dans les tissus vivants C. elegans et D. rerio (Figure 1B). Ils ont découvert que les phénotypes CDK low et CDK inc des cellules G1 pouvaient être utilisés pour prédire si une cellule entrerait en repos ou se réengagerait dans un autre cycle. D'autres expériences ont révélé que si une cellule avait des niveaux élevés d'une protéine appelée p21, qui inhibe l'activité des CDK, ses cellules filles étaient plus susceptibles de devenir quiescentes après la division. Cela suggère que la décision de proliférer ou de quitter le cycle cellulaire peut dépendre de la façon dont les niveaux de p21 sont régulés dans les cellules en prolifération (Overton et al., 2014 Hsu et al., 2019).

Le rapporteur CDK a un certain nombre d'applications. Cela pourrait faciliter l'étude de la façon dont la quiescence est régulée dans les tissus qui sont généralement difficiles à imager pendant de longues périodes. Cela pourrait révéler les premières étapes de la régénération tissulaire lorsque les cellules accélèrent pour réintégrer le cycle cellulaire. Il pourrait également être utilisé pour trier et récupérer des populations de cellules CDK low et CDK inc pour d'autres expériences afin d'identifier les voies régulant l'entrée en quiescence.

Le reporter CDK nous permettra d'aborder de nombreuses questions intéressantes en biologie du développement. Par exemple, comment l'organisation d'un tissu peut-elle influencer la décision d'arrêter la division et d'entrer au repos ? Est-il possible d'identifier les cellules très tôt dans le processus de différenciation avant que les gènes qui marquent la différenciation ne s'activent ? Quelle que soit l'application ou la question de recherche, Adikes et al. démontrer une fois de plus que de nouvelles connaissances importantes sur les complexités de la biologie surviennent lorsque de nouveaux outils sont développés pour visualiser les organismes vivants.


L'envahisseur

« Connaissez votre ennemi », écrivait Sun Tzu, le grand sage de la guerre, il y a quelque 2500 ans. Aujourd'hui, alors que COVID-19 se propage dans le monde entier, la plus grande armée de scientifiques médicaux jamais assemblée est déterminée à apprendre tout ce qu'elle peut, aussi vite qu'elle le peut, sur le SRAS-CoV-2, le virus à l'origine de la pandémie.

Voici une introduction aux virus en général et au SRAS-CoV-2 en particulier. Alors que les chercheurs en apprennent de plus en plus sur le nouveau coronavirus qui cause le COVID-19, ces connaissances – recueillies grâce à des niveaux inégalés de coopération scientifique – sont retournées contre le virus en temps réel.

Non pas que ce sera une simple poursuite. Comparé à un plat de laboratoire, les personnes vivantes sont compliquées. Les cellules de cette boîte ne sont pas les mêmes que les cellules des tissus vivants affectés par le SRAS-CoV-2. De plus, l'environnement entourant, disons, une cellule pulmonaire dans le corps d'une personne est différent de celui d'une boîte de culture. Et puis il y a cette chose appelée « effets secondaires ». Vous ne les voyez pas dans un plat. Mais vous pouvez chez un patient COVID-19.

Illustration de Jeffrey Decoster

Qu'est-ce qu'un virus exactement, de toute façon ?

Les virus sont de loin la forme de vie la plus abondante sur Terre, si vous acceptez la proposition selon laquelle ils sont vivants. Essayez de multiplier un milliard par un milliard, puis de le multiplier par 10 000 milliards. Cela – 10 à la puissance 31 – est l'estimation abrutissante du nombre de particules virales individuelles qui peuplent la planète.

Un virus est-il un être vivant ? Peut-être. Parfois. Cela dépend de l'emplacement. "En dehors d'une cellule, une particule virale est inerte", m'a dit le virologue Jan Carette, PhD, professeur agrégé de microbiologie et d'immunologie. À lui seul, il ne peut pas se reproduire ou, d'ailleurs, produire quoi que ce soit. C'est le parasite ultime.

Ou, on pourrait dire plus charitablement, c'est très efficace. Les virus voyagent légers, n'emportant que les bagages dont ils ont absolument besoin pour pirater une cellule, réquisitionner sa machinerie moléculaire, se multiplier et s'échapper.

Il existe des exceptions à presque toutes les règles, mais les virus ont des points communs, a déclaré Carette.

La trousse de voyage d'un virus comprend toujours son génome - sa collection de gènes, c'est-à-dire - et une enveloppe protéique environnante, ou capside, qui protège le génome viral, aide le virus à s'accrocher aux cellules et à monter à l'intérieur, et, à l'occasion, encourage un escapade par sa progéniture. La capside est constituée de sous-unités protéiques identiques dont les formes et les propriétés déterminent la structure et la fonction de la capside.

Certains virus portent également des surcouches graisseuses, appelées enveloppes, constituées de lambeaux volés des membranes de la dernière cellule qu'ils ont infectée. Les coronavirus ont des enveloppes, tout comme les virus de la grippe et de l'hépatite C, les virus de l'herpès et le VIH. Les rhinovirus, qui sont responsables de la plupart des rhumes courants, et pas les poliovirus.

Les virus enveloppés méprisent particulièrement le savon car il perturbe les membranes graisseuses. Le savon et l'eau sont pour ces virus ce qu'exhaler de l'ail est pour un vampire, c'est pourquoi se laver les mains fait des merveilles.

Comment les virus entrent-ils dans les cellules, se répliquent-ils et se dirigent-ils vers les sorties ?

Pour qu'un virus se propage, il doit d'abord trouver un chemin dans une cellule. Mais, a déclaré Carette, "pénétrer le périmètre d'une cellule n'est pas facile." Les membranes externes des cellules sont normalement difficiles à pénétrer sans une sorte de passe spéciale. Cependant, les virus ont des moyens de tromper les cellules pour les laisser entrer.

En règle générale, une partie de la cape du virus aura une forte affinité pour se lier à l'une ou l'autre des protéines qui parsèment les surfaces de l'un ou l'autre type de cellule. La liaison du virus avec cette protéine de surface cellulaire sert de ticket d'admission, facilitant l'invasion de la cellule par le virus.

Le génome viral, comme le nôtre, est un kit d'instructions pour la production de protéines dont l'organisme a besoin. Ce génome peut être constitué soit d'ADN, comme c'est le cas pour toutes les créatures à l'exception de certains virus, soit d'un proche parent chimique de l'ADN, qui est beaucoup plus flexible et un peu moins stable. Le génome du SRAS-CoV-2 est composé d'ARN, tout comme les génomes de la plupart des virus infectant les mammifères.

En plus du gène codant pour sa protéine de capside, chaque virus a besoin d'un autre gène pour sa propre version d'une enzyme appelée polymérase. À l'intérieur de la cellule, les polymérases virales génèrent de nombreuses copies des gènes de l'envahisseur, à partir des instructions desquelles la chaîne d'assemblage moléculaire obéissante de la cellule produit des sous-unités de capside et d'autres protéines virales.

Parmi celles-ci, il peut y avoir des protéines capables de coopter la machinerie cellulaire pour aider les virus à se répliquer et à s'échapper, ou à modifier le génome du virus - ou le nôtre. Selon le type de virus, le génome peut contenir aussi peu que deux gènes - un pour la protéine à partir de laquelle la capside est construite, l'autre pour la polymérase - ou jusqu'à des centaines.

Les capsides s'auto-assemblent à partir de leurs sous-unités, souvent à l'aide de protéines fabriquées à l'origine par la cellule à d'autres fins, mais cooptées par le virus. Des copies fraîches du génome viral sont emballées à l'intérieur de capsides nouvellement fabriquées pour l'exportation.

Souvent, la progéniture abondante du virus punit la bonne action de la cellule qui les a produits en la lysant – en perçant des trous dans sa membrane externe, en la faisant sortir et en détruisant la cellule dans le processus.

Mais les virus enveloppés peuvent s'échapper par un processus alternatif appelé bourgeonnement, par lequel ils s'enveloppent dans un morceau de membrane de la cellule infectée et diffusent à travers la membrane externe de la cellule sans l'endommager structurellement. Même alors, la cellule, ayant donné naissance à une myriade de virus pour bébés, est souvent fatalement affaiblie.

Illustration de Jeffrey Decoster

Présentation du coronavirus et comment il s'installe

Nous savons maintenant comment votre virus moyen – une particule essentiellement inerte en soi – parvient à pénétrer dans les cellules, à détourner leur machinerie moléculaire, à se copier et à se réinfecter.

Cela ne fait qu'effleurer la surface. Sur les millions d'espèces virales différentes identifiées à ce jour, seulement 5 000 environ ont été caractérisées en détail. Les virus se présentent sous de nombreuses formes et tailles - bien qu'ils soient tous petits - et infectent tout, y compris les plantes et les bactéries. Aucun d'entre eux ne fonctionne exactement de la même manière.

Et les coronavirus alors ?

Les virus enveloppés ont tendance à être moins résistants lorsqu'ils sont à l'extérieur des cellules, car leurs enveloppes sont vulnérables à la dégradation par la chaleur, l'humidité et la composante ultraviolette de la lumière du soleil.

Cela devrait être une bonne nouvelle pour nous en ce qui concerne les coronavirus. Cependant, la mauvaise nouvelle est que le coronavirus peut être assez stable en dehors des cellules car ses pointes, dépassant comme des aiguilles d'une pelote à épingles, le protègent du contact direct, lui permettant de survivre sur des surfaces pendant des périodes relativement longues. (Néanmoins, les désinfectants pour les mains à base de savon ou d'alcool font un bon travail pour le désactiver.)

Comme mentionné précédemment, les virus utilisent des protéines qui se trouvent à la surface des cellules comme stations d'accueil. Les protéines homologues permettant l'attachement des coronavirus sont ces mêmes pics.

Mais tous les pics de coronavirus ne se ressemblent pas. Des variantes de coronavirus relativement bénignes, qui, au pire, peuvent provoquer des irritations de la gorge et des reniflements, se fixent aux cellules du supérieur voies respiratoires — les fosses nasales et la gorge. La variante virale qui est à l'origine de la pandémie d'aujourd'hui est dangereuse car ses protéines de pointe peuvent s'accrocher aux cellules du inférieur des voies respiratoires - les cellules pulmonaires et bronchiques - ainsi que les cellules du cœur, des reins, du foie, du cerveau, de la muqueuse intestinale, de l'estomac ou des vaisseaux sanguins.

Les traitements par anticorps pourraient bloquer la liaison

Dans une réponse réussie à l'infection par le SRAS-CoV-2, le système immunitaire fabrique un pot-pourri de protéines spécialisées appelées anticorps qui se fixent sur le virus à divers endroits, bloquant parfois son attachement à la protéine de surface cellulaire à laquelle il essaie de s'accrocher.

Stanford participe à un essai clinique, parrainé par les National Institutes of Health, pour voir si le plasma riche en anticorps (la partie sans cellules du sang) de patients COVID-19 récupérés (qui n'ont plus besoin de ces anticorps) peut atténuer les symptômes dans patients atteints d'une maladie bénigne et empêcher sa progression de légère à grave.

Les anticorps monoclonaux sont aux anticorps du plasma convalescent ce qu'un laser est à une ampoule à incandescence. Les biotechnologues ont appris à identifier les variantes d'anticorps qui excellent à s'accrocher à des points spécifiques sur la protéine de pointe du SRAS-CoV-2, contrecarrant ainsi la liaison du virus à nos cellules - et ils peuvent produire uniquement ces variantes en vrac. Stanford mène un essai clinique d'un anticorps monoclonal pour le traitement des patients COVID-19.

Un souci : les taux de mutation virale sont beaucoup plus élevés que les taux bactériens, qui éclipsent ceux de nos spermatozoïdes et ovules. Les virus à ARN, y compris le coronavirus, mutent encore plus facilement que les virus à ADN : leurs polymérases (les enzymes de copie du génome mentionnées précédemment) sont généralement moins précises que celles des virus à ADN, et l'ARN lui-même est intrinsèquement moins stable que l'ADN. Ainsi, les virus, et en particulier les virus à ARN, développent facilement une résistance aux tentatives de notre système immunitaire pour les trouver et les déjouer.

Les études de Stanford peuvent aider à révéler si l'approche « laser » ciblée avec précision ou « ampoule » d'évier de cuisine fonctionne le mieux.

Le virus pénètre dans une cellule

Le professeur adjoint de génie chimique et spéléologue du compartiment subcellulaire Monther Abu-Remaileh, PhD, a décrit deux façons principales dont le coronavirus s'introduit dans une cellule et y cherche du confort, et comment il pourrait être possible d'interdire l'une de ces voies d'entrée avec le bon type de médicament.

Voici un moyen : une fois que le coronavirus s'est verrouillé sur une cellule, son enveloppe graisseuse entre en contact avec la membrane externe tout aussi grasse de la cellule. La graisse aime la graisse. L'enveloppe virale et la membrane cellulaire fusionnent et le contenu viral se déverse dans la cellule.

L'autre façon est plus compliquée. L'attachement viral peut déclencher un processus dans lequel la zone de la membrane externe de la cellule la plus proche de l'endroit où le contact a été établi s'effondre - avec le virus (heureusement) piégé à l'intérieur - jusqu'à ce qu'il soit complètement pincé, formant une membrane entrante. -capsule centrée de liquide enrobée appelée endosome à l'intérieur de la cellule. (Pour visualiser cela, imaginez-vous avec une boule de chewing-gum dans la bouche, soufflant une bulle interne en l'inhalant, puis en l'avalant. Dans cette analogie, vous êtes la cellule et toute votre peau, à commencer par vos lèvres, constitue le membrane externe de la cellule.)

Enfermée dans cet endosome se trouve la particule virale qui a déclenché le processus. Le petit diable vient de se faire un tour dans le sanctuaire intérieur de la cellule. À ce stade, la particule virale se compose de son enveloppe, de sa capside et de son génome enfermé – un modèle pour plus de deux douzaines de protéines dont le virus a besoin et que la cellule envahie ne fournit pas.

Mais l'endosome ne reste pas un endosome indéfiniment, m'a dit Abu-Remaileh. Sa mission est de devenir une autre entité appelée lysosome, ou de fusionner avec un lysosome existant.

Les lysosomes servent d'usines de recyclage des cellules, décomposant les grosses biomolécules en leurs éléments constitutifs pour les réutiliser. Pour cela, ils ont besoin d'un environnement acide, généré par des pompes à protéines sur leurs membranes de surface qui forcent les protons dans ces vésicules.

L’acidité interne du bâtiment active les enzymes qui mâchent les protéines de pointe du coronavirus cloîtré. Cela met l'enveloppe du virus en contact avec la membrane vésiculaire et permet leur fusion.

Le génome viral est projeté dans la plus grande étendue de la cellule. Là, le génome viral trouvera et réquisitionnera les matières premières et la machinerie moléculaire nécessaires pour exécuter ses instructions génétiques. Cette machinerie produira furieusement des protéines virales – y compris la polymérase personnalisée SARS-CoV-2 dont le SARS-CoV-2 a besoin pour répliquer son propre génome. Des copies du génome et des protéines de capside du virus seront rassemblées et reconditionnées en descendance virale.

Une paire de médicaments étroitement liés, la chloroquine et l'hydroxychloroquine, ont obtenu des tonnes de presse mais, jusqu'à présent, des résultats pour la plupart décevants dans les essais cliniques pour le traitement du COVID-19. Certains chercheurs préconisent l'utilisation de l'hydroxychloroquine, avec la mise en garde que l'utilisation devrait être précoce au cours de la maladie.

Dans une boîte de laboratoire, ces médicaments diffusent dans les cellules, où ils diminuent l'acidité des endosomes et l'empêchent de s'accumuler dans les lysosomes. Sans cette acidité requise, les protéines de pointe de la membrane virale ne peuvent pas être mâchées et l'enveloppe virale ne peut pas entrer en contact avec la membrane d'un endosome ou d'un lysosome. Le virus reste enfermé dans une prison de son propre dispositif.

C'est en tout cas ce qui se passe dans un plat. Mais seuls d'autres essais cliniques diront à quel point cela compte.

Comment le coronavirus se reproduit

Le SRAS-CoV-2 est entré dans la cellule, soit par fusion, soit en chevauchant comme un aquanaute lilliputien, rangé furtivement à l'intérieur d'un endosome. Si les choses se passent bien pour le virus, il fusionne avec la membrane de l'endosome et répand son génome dans le (relativement) vaste océan cellulaire environnant.

Ce brin unique d'ARN qui est le génome du virus a un gros travail à faire – deux, en fait, m'a dit Judith Frydman, PhD, professeur de biologie et de génétique – afin de s'amorcer pour devenir parent d'un groupe de progéniture. Elle doit se répliquer en totalité et en masse, chaque copie constituant le germe potentiel d'une nouvelle particule virale. Et il doit générer plusieurs copies partielles de lui-même - des sections sciées qui servent d'instructions, indiquant aux machines de fabrication de protéines de la cellule, appelées ribosomes, comment fabriquer plus de deux douzaines de protéines du virus.

Pour faire les deux choses, le virus a besoin d'un type spécial de polymérase. Chaque cellule vivante, y compris la nôtre, utilise des polymérases pour copier son génome basé sur l'ADN et pour transcrire son contenu (les gènes) en instructions basées sur l'ARN que les ribosomes peuvent lire.

Le génome du SRAS-CoV-2, contrairement au nôtre, est composé d'ARN, il est donc déjà adapté aux ribosomes, mais se répliquer signifie faire des copies d'ARN d'ARN. Nos cellules n'ont jamais besoin de faire cela, et elles manquent de polymérases qui le peuvent.

Le génome du SRAS-CoV-2, cependant, porte un gène codant pour une polymérase ARN-à-ARN. Si ce brin d'ARN isolé peut se trouver et s'insérer dans un ribosome, ce dernier peut traduire le plan génétique de la polymérase virale en une protéine fonctionnelle. Heureusement pour le virus, il peut y avoir jusqu'à 10 millions de ribosomes dans une seule cellule.

Une fois fabriquée, la polymérase virale produit non seulement plusieurs copies du génome viral complet - la réplication - mais également des gènes viraux individuels ou des groupes de ceux-ci. Ces extraits peuvent grimper à bord des ribosomes et leur ordonner de produire l'ensemble du répertoire de toutes les protéines nécessaires pour assembler de nombreuses nouvelles progénitures virales.

Ces protéines nouvellement créées comprennent notamment davantage de molécules de polymérase. Chaque copie du génome du SRAS-CoV-2 peut être alimentée à plusieurs reprises par des molécules de polymérase prolifiques, générant une myriade de reproductions fidèles du brin initial.

Eh bien, surtout fidèle. Nous faisons tous des erreurs, et la polymérase virale ne fait pas exception en fait, elle est assez bâclée au fur et à mesure que les polymérases disparaissent - bien plus que les polymérases de nos propres cellules, m'ont dit Carette et Frydman. Donc les copies du brin initial — et leur copies - risquent d'être criblés d'erreurs de copie, c'est-à-dire de mutations.

Cependant, les polymérases de coronavirus, y compris le SRAS-CoV-2, sont équipées de manière unique d'une «protéine de correcteur d'épreuves» acolyte qui détecte la plupart de ces erreurs. Il coupe le composant chimique mal inséré et donne à la polymérase un autre coup, généralement réussi, pour insérer l'unité chimique appropriée dans la séquence d'ARN en croissance.

Contrôle des naissances du coronavirus

Le médicament expérimental remdesivir, approuvé pour une utilisation d'urgence chez les patients hospitalisés COVID-19, cible directement les polymérases des virus à ARN.

Stanford a participé à des essais cliniques menant à l'approbation de ce médicament injectable. Initialement développé pour traiter l'infection par le virus Ebola, il appartient à une classe de médicaments qui agissent en se faisant passer pour des éléments chimiques légitimes d'une séquence d'ADN ou d'ARN. Ces poseurs se font piquer dans le brin naissant et gomment tellement les choses que la polymérase cale ou produit un produit défectueux.

"Maintenant, avec le médicament, le virus commence à fabriquer beaucoup de génomes pourris qui empoisonnent le processus de réplication virale", a déclaré Frydman.

Le remdesivir a le mérite de ne pas gâcher les propres polymérases de nos cellules, a déclaré Robert Shafer, MD, professeur de maladies infectieuses, qui maintient une base de données continuellement mise à jour des résultats des essais de médicaments ciblant le SRAS-CoV-2.

Mais alors que le remdesivir est assez bon pour simuler la protéine de correction d'épreuves compagnon de la polymérase virale, il est loin d'être parfait, a déclaré Shafer. Certaines copies intactes du génome viral parviennent encore à être réalisées, à s'échapper de la cellule et à infecter d'autres cellules — mission accomplie.

L'utilisation du remdesivir en combinaison avec un médicament encore recherché et non encore découvert qui pourrait bloquer le correcteur pourrait être une stratégie plus sûre que l'utilisation du remdesivir seul, a déclaré Shafer.

Le tour final dans le ring de boxe cellulaire

En plus de répliquer son génome complet, le virus doit fabriquer de nombreuses protéines. Et il sait comment. Ces extraits d'ARN générés par la polymérase virale sont conçus pour respecter les règles de fabrication des protéines de la cellule - enfin, jusqu'à un certain point. Ils s'intègrent dans les ribosomes exactement comme le font les propres brins d'« ARN messager » de la cellule copiés à partir des gènes de la cellule par ses propres polymérases de lecture d'ADN. Les ARNm sont des instructions pour fabriquer des protéines.

Mais il y a un hic : parmi les protéines que le virus oblige les ribosomes à fabriquer, certaines, une fois produites, mordent la main qui les a nourris. Certaines protéines virales nouvellement fabriquées qui abritent les ribosomes en train de lire l'un ou l'autre des brins d'ARNm de la cellule, s'accrochent au brin et s'accrochent obstinément, calant le ribosome jusqu'à ce que le brin d'ARNm de la cellule se désagrège.

Les brins d'ARN génomique que le virus génère, cependant, ont tous de petits blocages sur leurs extrémités avant qui les protègent contre les accrocs aux ribosomes de la cellule par l'équipe de démolition virale. Le résultat : la chaîne d'assemblage de fabrication de protéines de la cellule est massivement détournée vers la production de protéines virales. C'est un double : il augmente à la fois la production de composants viraux et étouffe la première ligne de défense naturelle de la cellule infectée.

Les interférons comme traitement potentiel

Parmi les protéines mort-nées de la cellule se trouvent des molécules appelées interférons, que la cellule fabrique habituellement lorsqu'elle sent qu'elle a été infectée par un virus. Les interférons ont des moyens de jouer avec les opérations de la polymérase virale et de bloquer la réplication virale. De plus, lorsqu'ils sont sécrétés par des cellules infectées, les interférons agissent comme des signaux de détresse « d'appel aux troupes » qui alertent le système immunitaire de l'organisme de la présence et de l'emplacement de la cellule infectée.

Au lieu de cela, silence. Avantage : virus.

Il existe plusieurs sortes d'interférons. Un essai clinique est en cours à Stanford pour déterminer si une seule injection de l'un d'entre eux, appelée interféron-lambda, peut garder les patients COVID-19 légèrement symptomatiques hors de l'hôpital, accélérer la récupération et réduire la transmission.

Si vous ne détestez pas et ne respectez pas les virus maintenant, vous n'y avez peut-être pas prêté attention. Mais il y a plus.

Les virus ne tuent pas toujours les cellules qu'ils prennent en otage. Certains cousent leurs gènes dans le génome des cellules qu'ils ont envahies, et ces insertions s'additionnent. Les séquences d'ADN viral représentent 8 % de notre génome, contrairement aux seuls 1 % qui codent pour les protéines dont nous sommes en grande partie constitués et qui font l'essentiel de la fabrication.

"Notre génome a été" envahi "par des rencontres précédentes avec des rétrovirus après infection de spermatozoïdes ou d'ovules", m'a dit Carette. "Au fil de l'évolution, les gènes de ces rétrovirus sont devenus inactifs."

Mais, comme toujours, il y a une exception. Comme l'a dit Carette : « Un ancien gène viral a été réutilisé pour jouer un rôle essentiel dans l'embryogenèse », le processus par lequel un embryon se forme et se développe.

La protéine codée par ce gène permet la fusion de deux types de cellules dans le placenta du fœtus en développement, permettant l'échange de nutriments et de déchets entre l'embryon en développement et l'approvisionnement en sang maternel.


« L'arme secrète » des rétrovirus qui causent le cancer

Les rétrovirus oncogènes sont une famille particulière de virus qui peuvent provoquer certains types de cancer. Thierry Heidmann et ses collègues du laboratoire CNRS-Institut Gustave Roussy-Université Paris Sud 11 "Rétrovirus endogènes et éléments rétroïdes des eucaryotes supérieurs" ont étudié ces virus. Ils ont identifié un "facteur de virulence" qui inhibe la réponse immunitaire de l'hôte et permet au virus de se propager dans tout le corps. Ce facteur est une séquence d'acides aminés qui se trouve dans la protéine d'enveloppe du virus.

Ces scientifiques ont également montré qu'une fois mutée pour perdre sa capacité immunosuppressive, cette protéine d'enveloppe pourrait servir de base au développement de vaccins.

Ces résultats ont été publiés en ligne dans le Actes de la National Academy of Sciences USA.

Les rétrovirus sont des virus dont le génome est constitué d'ARN. Ces virus ont la particularité de posséder une enzyme qui permet la synthèse à partir de cet ARN d'une molécule d'ADN capable de s'intégrer dans l'ADN d'une cellule hôte. Le rétrovirus utilise ensuite la machinerie cellulaire pour se répliquer. Le VIH est l'un des rétrovirus les plus connus. Les rétrovirus oncogènes (ou oncorétrovirus) sont des virus cancérigènes. De nombreux oncorétrovirus sont associés aux maladies animales. In humans, two retroviruses, called HTLV and XMRV, have been associated with a type of leukemia and with prostate cancer.

Researchers in the Rétrovirus Endogènes et Eléments Rétroïdes des Eucaryotes Supérieurs Laboratory (1), headed by Thierry Heidmann, CNRS Senior Researcher at Institut Gustave Roussy, have been working on the ability of retroviruses to propagate and persist in their hosts by escaping the immune system. They have studied the molecular basis of this process, and have shown that it is driven by the envelope protein of these viruses. First of all, this protein has an essential "mechanical" role, as it induces the fusion of viral particles with the target cell membrane, thus allowing them to penetrate into the cell. Using a mouse model of infection with a murine leukemia virus, the researchers showed that this envelope protein also has a second role that is equally essential to viral propagation in the body: it is immunosuppressive, or in other words it inhibits the host immune response in a radical manner, affecting both the "innate" and "adaptive" immune responses.

The researchers succeeded in locating the domain responsible for this property within the amino acid sequence of the envelope protein. This domain, an authentic virulence factor, is a crucial element in the arsenal that enables retroviruses to invade their host and produce their pathogenic effect. It thus becomes a target of choice for the design of novel antiretroviral therapeutic strategies, including vaccines. The results obtained by these scientists mean it will be possible to follow this path.

hey were able to introduce targeted point mutations into the envelope protein that could suppress its ability to inhibit the immune system which, as expected, reacted much more effectively than with the non-mutated protein, producing a high level of antibodies and inducing antiviral cellular immunity. By working on this mutated protein, it should be possible to develop vaccines for the future. Indeed, after the mouse model, the researchers were able to show that the HTLV and XMRV retroviruses associated with human diseases were both endowed with an immunosuppressive domain in their envelope protein.


RETROVIRUS BUDDING

▪ Abstract Human immunodeficiency virus (HIV) and other retroviruses acquire their envelopes and spread infection by budding through the limiting membranes of producer cells. To facilitate budding, retroviruses usurp a cellular pathway that is normally used to create vesicles that bud into late endosomal compartments called multivesicular bodies (MVB). Research on yeast and human MVB biogenesis has led to the identification of ∼25 human proteins that are required for vesicle formation and for HIV-1 budding, and has produced a working model for sequential recruitment of these proteins during MVB vesicle formation. Retroviruses can redirect this machinery to the plasma membrane and leave the cell in a single step or, alternatively, can bud directly into MVB compartments and then exit cells via the exosome pathway. Remarkably, virus release from both the plasma membrane and MVB compartments can occur directionally into specialized sites of cell-to-cell contact called virological synapses. Thus retroviruses have evolved elaborate mechanisms for escaping the cell and maximizing their chances of infecting a new host.


Rétrovirus

In February 1997 it was reported that pig cells contain a retrovirus capable of infecting human cells (at least, in vitro). This is troublesome because of the efforts that are being made to transplant pig tissue into humans (e.g., fetal pig cells into the brains of patients with Parkinson's disease). Transplant recipients must have their immune systems suppressed if the transplant is to avoid rejection. Could immunosuppressed patients be at risk from the retroviruses present in the transplanted cells? The probability that the original hosts for HIV-1 and HIV-2 were some other primate suggests that retroviruses can move from one species to another.

  • an outer enveloppe which was derived from the plasma membrane of its host
  • many copies of an envelope protein embedded in the lipid bilayer of its envelope
  • une capside a protein shell containing
  • two molecules of ARN et
  • molecules of the enzyme reverse transcriptase

Reverse transcriptase is a DNA polymerase that uses RNA as its template. Thus it is able to make genetic information flow in the reverse (RNA ->DNA) of its normal direction
(DNA -> RNA).

  • CD4 molécules. It is this property that enables the virus to invade CD4 + T cells (and certain other cells that express CD4).
  • CCR5 (CC chemokine Receptor 5) &mdash found on Th1 cells and macrophages.

All the proteins in the virus particle are encoded by its own genes.

When a retrovirus infects a cell

  • its molecules of reverse transcriptase are carried into the cell attached to the viral RNA molecules.
  • The reverse transcriptase synthesizes DNA copies of the RNA.
  • These enter the nucleus and are
  • inserted into the DNA of the host.
  • These inserts are transcribed by the host's enzymes into fresh ARN molecules which re-enter the cytosol where
    • some are traduit by host ribosomes
      • les gag gene is translated into molecules of the capsid protein
      • les pol gene is transcribed into molecules of reverse transcriptase
      • les env gene is translated into molecules of the envelope protein

      The genome of retroviruses

      • enable the DNA copy of the genome to be inserted into the DNA of the host and
      • act as enhancers, causing the host nucleus to transcribe the DNA copies of the retroviral genome at a rapid rate.

      The retroviral genome also contains a packaging signal sequence ("P") which is needed for the newly-synthesized RNA molecules to be incorporated in fresh virus particles [Example].

      Most retroviruses also contain one or more additional genes. Some of these represent RNA copies of genes that earlier were picked up from their eukaryotic host. Several cancers in animals are caused by retroviruses that have, at some earlier time, picked up a proto-oncogene from their mammalian host and converted it into an oncogene.


      How do retroviruses exit the cell - Biology

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      A retrovirus is a single-stranded RNA virus that binds to specific cell surface receptors on a targeted host cell's outer membrane, fuses, and enters via endocytosis to replicate its genetic material in a unique way.

      After enter the host's cell, the capsid is uncoated and the enzyme reverse transcriptase or RT binds to the viral RNA, synthesizing complementary DNA and with time, double-stranded DNA the reverse of the usual pattern.

      Inside the nucleus of the host cell, the viral DNA is integrated into the host DNA forming a provirus. Thus the viral DNA is actively transcribed whenever the host DNA is transcribed, forming messenger RNA.

      This mRNA exits the nucleus, enters the cytoplasm, and is translated to form new viral proteins, which can then assemble into new retroviruses that butt out of the cell and are ready to infect other cells.

      16.5: Retrovirus Life Cycles

      Retroviruses have a single-stranded RNA genome that undergoes a special form of replication. Once the retrovirus has entered the host cell, an enzyme called reverse transcriptase synthesizes double-stranded DNA from the retroviral RNA genome. This DNA copy of the genome is then integrated into the host&rsquos genome inside the nucleus via an enzyme called integrase. Consequently, the retroviral genome is transcribed into RNA whenever the host&rsquos genome is transcribed, allowing the retrovirus to replicate. New retroviral RNA is transported to the cytoplasm, where it is translated into proteins that assemble new retroviruses.

      Antiretroviral Drugs Target Different Stages of the HIV Life Cycle

      Particular drugs have been developed to fight retroviral infections. These drugs target specific aspects of the life cycle. One class of antiretroviral drugs, fusion inhibitors, prevents the entry of the retrovirus into the host cell by inhibiting the fusion of the retrovirus with the host cell membrane. Another class of antiretrovirals, reverse transcriptase inhibitors, inhibits the reverse transcriptase enzymes that make DNA copies of the retroviral RNA genome. Reverse transcriptase inhibitors are competitive inhibitors during the process of reverse transcription, the drug molecules are incorporated into the growing DNA strand instead of the usual DNA bases. Once incorporated, the drug molecules block further progress by the reverse transcriptase enzyme. The third class of drugs, integrase inhibitors, prevents the integrase enzymes from integrating the retroviral genome into the host genome. Finally, protease inhibitors interfere with the enzymatic reactions that are necessary for producing fully functioning retroviral particles.

      Combinations (or &ldquococktails&rdquo) of antiretrovirals are used to fight Human Immunodeficiency Virus (HIV). If left untreated, this retrovirus causes AIDS. Cocktails of antiretrovirals are necessary to fight HIV infections because the retrovirus can quickly evolve resistance to any one drug. This capacity for rapid evolution stems from the single-stranded RNA genome of HIV, which accumulates mutations more rapidly than DNA or double-stranded genomes. Some of these mutations confer drug-resistance.

      However, by combining drugs that target events at the beginning, middle, and end of the retroviral life cycle, antiretroviral cocktails (called highly active antiretroviral therapy, or HAART) dramatically reduce the HIV population in a patient. The likelihood of multiple mutations that confer resistance to various drugs in the HIV genome is much lower than that of a single resistant mutation, making the HAART strategy much more effective than single-drug therapies. This cocktail strategy has been enormously successful in treating HIV, such that it is now uncommon for treated individuals to develop AIDS.

      Greenwood, Alex D., Yasuko Ishida, Sean P. O&rsquoBrien, Alfred L. Roca, and Maribeth V. Eiden. &ldquoTransmission, Evolution, and Endogenization: Lessons Learned from Recent Retroviral Invasions.&rdquo Microbiole. Mol. Biol. Tour. 82, non. 1 (March 1, 2018): e00044-17. [La source]

      Atta, Mohamed G., Sophie De Seigneux, and Gregory M. Lucas. &ldquoClinical Pharmacology in HIV Therapy.&rdquo Clinical Journal of the American Society of Nephrology 14, non. 3 (March 7, 2019): 435&ndash44. [La source]


      Retrovirus

      Retroviruses are a unique class of single-stranded ribonucleic acid (RNA) containing viruses, which replicate their génome through a double-stranded viral deoxyribonucleic acid (DNA) intermediate in the noyau of the host cell. This is in contrast to all other RNA-containing viruses that replicate their genomes through double-stranded RNA intermediates almost always in the cytoplasm of host cells. Most retroviruses contain an RNA genome of 9 to 10 kilobases in length, which encodes a minimum of three genes required for replication. Ceux-ci sont appelés gag (structural protéines of the virus), pol (enzymes involved in replication), and env (envelope glycoproteins required for the virus to attach to a receptor of a new host cell). Human immunodeficiency virus (HIV), which causes acquired immunodeficiency syndrome (AIDS), belongs to a subclass of retroviruses, the lentiviruses, which encode additional viral genes that permit the virus to grow in nondividing cells, such as white blood cells.

      The remarkable replication pathway of retroviruses requires that once the virus enters the host cell, a viral pol gene𠄾ncoded enzyme appelé reverse transcriptase (RT), which is packaged in virus particles, reverse transcribes the single-stranded RNA genome into a double-stranded DNA. This DNA intermediate migrates to the nucleus of the cell where it is integrated into the host cell genome. Ce processus est catalysé by another viral enzyme

      Transcription of the viral sequence from the integrated DNA to make messenger RNA (mRNA) requires cellular enzymes. Full-length viral mRNA is transported to the cytoplasm where it is either packaged into progeny virus or translated on non-membrane-bound (free) ribosomes to yield viral Gag and Gag-Pol polyproteins (assemblies of many similar proteins). These polyproteins in turn migrate to the cell membrane where they assemble into virus particles, containing RNA, which bud from the cell surface. Concomitantly, viral glycoproteins are translated as polyproteins from a smaller-sized, spliced viral mRNA on membrane-bound ribosomes. These polyproteins are processed in the réticulum endoplasmique , where they also go through an additional modification known as glycosylation, in which sugar groups are added to the protein. When virus particles bud from the cell, they pinch off a portion of the cell membrane, containing the viral glycoproteins. This membrane becomes an outer coating of the virus particle.

      The Gag and Gag-Pol polyproteins are cleaved into the mature-sized proteins during or immediately after the budding process by a third viralencoded enzyme called protease (PR). Once the protein-cleaving proteolytic processing is complete, an infectious virus results, which can infect new cells.

      During an active infection process, approximately 1 percent of a cell's resources are diverted to synthesis of virus genomes and proteins. Infected cells are therefore not killed. Most retroviruses activate expression of a cancer-causing gene, called an "oncogene," which transforms host cells so that they become immortalized, providing a long-term home for the retrovirus. Lentiviruses, including HIV, do not transform cells. Instead they cause cell death in some of the cell types in which they replicate. When these cells are important components of the immune system, an infected person loses the ability to mount an effective immune response, resulting in AIDS. This leaves the person susceptible to almost any opportunistic infection. Patients with HIV infection are treated with drugs that inhibit either RT or PR to slow the spread of virus. As of May 2001, the treatment of choice for HIV patients included two RT inhibitors and one PR inhibitor, and is known therefore as "triple therapy." These drugs do not cure AIDS because the viral genome is integrated into the host chromosome. Also, virus-containing drug-resistant enzymes can be rapidly selected in a treated patient, necessitating the need for multidrug clinical strategies. Thus the only sure defense against AIDS is not to become infected by the virus.


      Tips for keeping safe

      If you are going to be working with retroviruses:

      • Get trained to work with viruses, viral particles and biological material
      • Wear the correct PPE (Personal protection equipment)
      • Be informed as to emergency response and spill procedures
      • Be extra careful with sharps and bio hazardous materials
      • Know the right protocols for waste disposal and management
      • Follow exact experimental protocols and safety procedures
      • Report accidents, spills and unusual incidents

      Les références

      • Mosier D E (2004). Introduction for “Safety Considerations for Retroviral Vectors: A Short Review”. Applied Biosafety.9(2):68-75.
      • Temin (1990). Safety considerations in somatic gene therapy of human disease with retrovirus vectors. Human Gene Therapy.1:111-123.
      • Donahue et al (1992). Helper virus induced T cell lymphoma in nonhuman primates after retroviral mediated gene transfer. J. Exp. Méd.176:1125-1135.

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      1 Comment

      I don’t understand the paragraph about retroviruses being replication deficient. You say “Genes required for viral infection but unnecessary for packaging and transduction are deleted”. First, what is the difference between infection and transduction? Then you go on to say “Viral structural genes that are incorporated into the plasmid do not contain a ? (psi) sequence (which essentiallyhelps to incorporate the RNA into viral particles)”. The first sentence says that packaging is not affected, but the second sentence says that structural genes lack the Psi sequence which is required for packaging. How is replication prevented, and how does that affect the use of retrovirus as a tool for gene expression/knock-down?

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      Voir la vidéo: Microbiologie Les rétrovirus (Décembre 2022).