Fiche de révision : Cycle de multiplication virale

📋 Plan du Cours

1. Définition et diversité des virus
2. Constitution générale des virions
3. Génomes et variation génétique
4. Capside et enveloppe virales
5. Taxonomie et critères de classification
6. Classification de Baltimore
7. Critères mineurs de classification virale
8. Caractères généraux du cycle viral
9. Attachement et entrée dans la cellule
10. Décapsidation et stratégies de réplication
11. Réplication des génomes viraux
12. Assemblage des nucléocapsides et libération des virions

📖 1. Définition et diversité des virus

🔑 Notions clés & Définitions

• Virus : Agent biologique infectieux ultramicroscopique, parasite absolu d’une cellule vivante, incapable de se répliquer de façon autonome ou de se multiplier hors d’une cellule hôte.
• Virion : Particule virale libre à l’extérieur d’une cellule et totalement inerte, contenant une information génétique et une structure protectrice, souvent protéique.

★ À maîtriser

• Les virus infectent les groupes suivants :
  • les humains et autres animaux
  • les végétaux
  • les champignons
  • les protistes
  • les bactéries
  • les archées

Compléments

📌 La virulence des virus varie : certains sont très pathogènes, tandis que beaucoup sont avirulents et ont peu ou pas d’effet sur leurs hôtes, qui peuvent être des porteurs asymptomatiques.

• Plus de 5 000 virus étaient identifiés et plus de 30 000 restaient probablement à découvrir, notamment parmi les virus avirulents.

• La taille des virus, déterminée par microscopie électronique, s’étend de 20 à 14 000 nm.

📖 2. Constitution générale des virions

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléocapside : Association étroite du génome viral et de la capside.

★ À maîtriser

• Les structures virales protègent le génome durant la phase extracellulaire et permettent généralement la reconnaissance des cellules hôtes, sauf chez les virus végétaux.

• Tous les virus possèdent un génome constitué d’un seul type d’acide nucléique, ADN ou ARN, et une capside protéique qui protège ce génome.

Compléments

• Les constituants du virion sont produits par les gènes viraux, mais certains peuvent être empruntés à la cellule hôte.

• Les structures virales sont simples et doivent s’auto-assembler avant la sortie du virus de la cellule parasitée.

💡 Astuce mémo

Virion libre, inerte ; virus intracellulaire, réplicatif

📖 3. Génomes et variation génétique

★ À maîtriser

• Les génomes viraux peuvent être constitués d’ADN ou d’ARN simple brin ou double brin, linéaire ou circulaire ; certains sont segmentés.

📌 Un ARN de polarité positive peut servir directement à la traduction comme ARNm, tandis qu’un ARN de polarité négative est complémentaire de l’ARN positif.

• La réplication des virus à ARN est moins fidèle que celle des virus à ADN, car les ARN polymérases ne détectent ni ne réparent les erreurs, ce qui entraîne une variation génétique élevée.

Compléments

• Les génomes viraux vont de 1 700 nucléotides chez le virus de l’hépatite D à 1,2 × 10^6 paires de bases chez le Mimivirus, qui infecte les amibes.

📌 Les génomes à ARN sont généralement plus petits que les génomes à ADN, et leur petite taille peut être compensée par le chevauchement de cadres de lecture, où des séquences codantes se superposent et sont traduites avec un décalage du cadre de lecture.

📖 4. Capside et enveloppe virales

🔑 Notions clés & Définitions

• Capside : Structure protéique qui protège le génome viral et qui est constituée de protéines issues de la traduction des gènes de structure viraux.
• Enveloppe virale : Structure lipidique externe facultative entourant la particule virale, parfois stabilisée par une matrice protéique sur sa face interne.

• Capsomère : Sous-unité de la capside, elle-même assemblée à partir de protomères.

★ À maîtriser

• Les capsides présentent trois types de symétrie :
  • symétrie hélicoïdale, associée aux virus filamenteux
  • symétrie cubique, associée aux virus icosaédriques
  • symétrie complexe, pouvant combiner des symétries cubique et hélicoïdale ou prendre d’autres formes

Compléments

• La bicouche lipidique peut provenir des membranes suivantes de la cellule hôte :

  • membrane plasmique
  • membrane nucléaire
  • réticulum endoplasmique
  • appareil de Golgi

• L’enveloppe virale se forme généralement par bourgeonnement de la cellule hôte lors de la libération des virions, avec des exceptions comme le virus de l’hépatite B et les Poxvirus.

• Les protéines virales de l’enveloppe font saillie sous forme de spicules impliqués dans la reconnaissance des cellules cibles.

📌 L’enveloppe est un élément de fragilité : les virus enveloppés sont moins résistants que les virus nus.

📖 5. Taxonomie et critères de classification

★ À maîtriser

• La classification hiérarchique comprend les niveaux suivants :
  • ordre
  • famille
  • genre
  • espèce
  • souche ou type

📌 L’espèce est le niveau taxonomique le plus important mais le plus difficile à définir, car les virus ne se reproduisent pas sexuellement et les espèces sont distinguées par l’analyse des séquences génomiques malgré les variations entre souches, particulièrement chez les virus à ARN.

• La classification virale actuelle repose sur la nature du matériel génétique et son mode de réplication, la symétrie de la capside, ainsi que la présence ou l’absence d’une enveloppe ; le système retenu est celui de l’ICTV (International Committee on Taxonomy of Viruses).

Compléments

• Les noms de familles virales se terminent par le suffixe -viridae, tandis que les noms de genres se terminent par -virus.

• La classification selon la pathologie est limitée parce que de nombreux virus sont avirulents, que des virus différents peuvent provoquer les mêmes symptômes et qu’un même virus peut provoquer des pathologies différentes selon l’hôte, comme la varicelle et le zona chez un même hôte, ou l’influenza chez les oiseaux, les porcs et l’humain.

• Le spectre d’hôte peut être étroit, comme celui du poliovirus limité aux primates, ou très large, certains virus infectant et se répliquant chez des hôtes aussi différents que les plantes et les insectes.

📌 La morphologie des virions reste un critère pratique, mais des virus morphologiquement similaires peuvent différer par leur spectre d’hôtes, leurs pathologies associées et leurs modes de réplication.

📖 6. Classification de Baltimore

★ À maîtriser

• La classification de Baltimore classe les virus selon le mécanisme de synthèse de l’ARNm, nécessaire à la traduction par les ribosomes de la cellule hôte, et intègre la nature du génome et son mode de réplication. - David BALTIMORE, 1975

Compléments

📌 Par convention, l’ARNm est appelé ARN de sens positif ou (+)ARN, tandis que l’ARN complémentaire à l’ARNm est appelé ARN de sens négatif ou (-)ARN.

• La classe I comprend les virus à ADN double brin, dont l’ARNm est produit à partir de chacun des deux brins d’ADN et dont le génome est répliqué par une ADN polymérase ADN-dépendante d’origine cellulaire ou virale.

• Les virus de classe II possèdent un ADN simple brin positif ou négatif, qui doit être converti en ADN double brin avant la réplication par une ADN polymérase ADN-dépendante de la cellule hôte.

• Les virus de classe III possèdent un ARN double brin segmenté ; une ARN polymérase ARN-dépendante codée par le virus et présente dans le virion transcrit l’ARNm à partir d’un seul brin de chaque segment.

• Les virus de classe IV possèdent un ARN simple brin positif utilisable comme matrice de traduction ; la traduction initiale précède la synthèse du brin complémentaire négatif, qui dépend d’une ARN polymérase ARN-dépendante codée par le virus, absente des virions.

• Les virus de classe V possèdent un ARN simple brin négatif ; une ARN polymérase ARN-dépendante codée par le génome viral et présente dans le virion synthétise l’ARNm, et un ARN double brin sert d’intermédiaire de réplication avec le brin positif comme matrice.

• Les virus de classe VII possèdent un ADN double brin, comme ceux de la classe I, mais utilisent un ARN simple brin positif comme intermédiaire de réplication et une transcriptase inverse présente dans le virion.

📖 7. Critères mineurs de classification virale

★ À maîtriser

• Les critères mineurs de classification virale comprennent : le spectre d’hôte naturel, le tropisme cellulaire et tissulaire, la pathogénicité, le mode de transmission, les propriétés antigéniques du virion, la présence de gènes spécifiques communs à des virus similaires

Compléments

• La classification des virus est en perpétuelle évolution.

📖 8. Caractères généraux du cycle viral

★ À maîtriser

• Les virus ne se multiplient que dans des cellules vivantes et sont des parasites intracellulaires obligatoires.

• Le cycle viral alterne des étapes intracellulaires et extracellulaires, au cours desquelles le virus détourne la machinerie cellulaire à son profit.

• Les trois interactions virus-cellule possibles sont :

  • le cycle complet dans une cellule permissive
  • la multiplication incomplète dans une cellule non permissive
  • l’interaction intégrative où le génome viral s’intègre à celui de la cellule hôte

Compléments

📌 Le cycle complet entraîne une infection lytique chez les phages ou une infection productive, tandis que la multiplication incomplète entraîne une infection abortive.

• L’intégration du génome viral peut transmettre le virus à la descendance cellulaire, comme dans la lysogénie bactérienne et la transformation cellulaire par des virus oncogènes.

• La durée du cycle viral dépend de la complexité du virus et de sa stratégie de réplication : elle est de 4 à 8 heures pour le poliovirus et dépasse 40 heures pour les Herpesviridae.

💡 Astuce mémo

Cycle productif : le virus se multiplie ; cycle abortif : la multiplication échoue.

📖 9. Attachement et entrée dans la cellule

★ À maîtriser

• 🔄 Le cycle de multiplication virale comprend les étapes suivantes :
  1. reconnaissance et attachement
  2. pénétration
  3. décapsidation
  4. réplication, transcription et traduction
  5. maturation et assemblage
  6. libération des virions

• L’attachement viral repose sur l’interaction entre des structures de surface du virion et des récepteurs spécifiques de la membrane cytoplasmique, qui remplissent des fonctions essentielles pour la cellule, comme celles des hormones, transporteurs ou intégrines.

📌 Chez les plantes, la diffusion de cellule à cellule par les plasmodesmes est lente et généralement limitée à quelques cellules, tandis que la propagation systémique par la sève et le phloème est rapide vers des zones distantes et non uniforme.

📌 Chez les virus animaux, la fusion avec la membrane cytoplasmique concerne exclusivement les virus enveloppés, les pores concernent les virus nus et l’endocytose concerne les virus nus ainsi que quelques virus enveloppés.

Compléments

📌 Chez les virus nus, les protéines de la nucléocapside participent à l’attachement, tandis que chez les virus enveloppés, ce sont les glycoprotéines de l’enveloppe.

• Les modalités de pénétration virale dépendent du type de cellule hôte et de la surface du virus, qu’il s’agisse de la capside ou de l’enveloppe.

• Les virus végétaux franchissent la paroi par effraction due à des lésions mécaniques ou à des vecteurs, notamment des insectes phytophages et des champignons parasites.

• 🔄 Lors de l’endocytose : la membrane plasmique s’invagine sous l’action de molécules de clathrine, les membranes virale et lysosomale fusionnent dans un milieu acide contenant éventuellement des protéases, les nucléocapsides sont libérées

📖 10. Décapsidation et stratégies de réplication

★ À maîtriser

• La nucléocapside migre le long des microtubules vers le compartiment cellulaire de réplication, puis se disloque totalement ou partiellement et libère le génome dans le cytoplasme ou le noyau.

• Les mécanismes de réplication, de transcription et de traduction virales sont souvent intriqués et détournent les systèmes cellulaires de transcription et de traduction.

Compléments

• Chez certains virus, la décapsidation libère aussi des protéines virales contenues dans la capside, telles que des réplicases ou des intégrases.

• La synthèse des constituants viraux peut inhiber les synthèses cellulaires.

📌 La réplication des virus à ADN est généralement intranucléaire et utilise les enzymes cellulaires pour la transcription, sauf celle des poxvirus, qui a lieu dans le cytoplasme avec leurs propres enzymes.

📌 La réplication des virus à ARN est généralement cytoplasmique et mobilise leurs propres enzymes, sauf celle des myxovirus de la grippe, qui a lieu dans le noyau.

📖 11. Réplication des génomes viraux

★ À maîtriser

• Les virus à ARN nécessitent une ARN polymérase ARN-dépendante et leur réplication est rapide, à l’exception notamment des réovirus, qui sont des ribovirus à ARN bicaténaire.

• Chez les virus à ARN, la réplication passe par des intermédiaires ARN(+) qui servent de matrice à la traduction des protéines virales et à la réplication du génome.

📌 La réplication des virus à ARN est moins fidèle que celle des virus à ADN, car l’ARN polymérase commet environ une erreur par 10³ à 10⁴ paires de bases contre une erreur par 10⁹ à 10¹⁰ paires de bases pour l’ADN polymérase.

• Les rétrovirus possèdent un génome diploïde constitué de deux ARN(+) monocaténaires identiques liés entre eux, qui servent de matrice à la synthèse d’ADN viral.

• La transcriptase inverse virale synthétise un brin d’ADN(-) complémentaire à l’ARN viral, dégrade l’ARN(+) puis copie l’ADN(-) pour produire un ADN bicaténaire linéaire.

• L’ADN viral rétrotranscrit est transloqué dans le noyau et intégré au génome cellulaire sous forme de provirus, qui peut rester latent, s’exprimer pour produire une progénie virale ou transformer la cellule.

Compléments

• Les génomes des virus à ADN sont le plus souvent bicaténaires, mais sont plus rarement monocaténaires, comme chez les parvovirus et certains phages.

• La taille des génomes des virus à ADN varie de 3 à 200 × 10⁶ nucléotides, pour 6 à 8 jusqu’à 500 gènes.

• La réplication des virus à ADN est généralement longue et peut durer plusieurs jours, tandis que celle des phages dure quelques heures.

• Les virus à ARN positif comprennent notamment : le virus de la mosaïque du tabac, les entérovirus comme le poliovirus, le virus de l’hépatite A, les aphthovirus responsables de la fièvre aphteuse, les flavivirus comme le virus de la fièvre jaune

• Les virus à ARN négatif doivent apporter une ARN polymérase ARN-dépendante assurant la réplication et la transcription; ils comprennent notamment les paramyxovirus, les rhabdovirus, les filovirus et les orthomyxovirus.

• Les rétrovirus comprennent notamment : les alpharétrovirus associés à la leucose aviaire, les bêtarétrovirus associés aux tumeurs mammaires murines, les gamm rétrovirus associés à la leucémie murine, les deltarétrovirus associés à la leucémie bovine, les lentivirus tels que le VIH-1 et le VIH-2, responsables du SIDA

• Les réovirus possèdent un génome d’ARN bicaténaire composé de 10 segments, chacun transcrit indépendamment par une polymérase virale pour produire des ARNm.

• Chez les réovirus, les ARNm servent à la traduction des protéines virales, à la pré-assemblage de chaque segment avec des protéines de nucléocapside et à la synthèse du brin ARN(-) complémentaire dans les provirions.

💡 Astuce mémo

L’ADN viral se réplique généralement dans le noyau ; l’ARN viral, dans le cytoplasme.

📖 12. Assemblage des nucléocapsides et libération des virions

★ À maîtriser

• Les génomes et les protéines virales sont synthétisés indépendamment, parfois dans des compartiments cellulaires distincts, ce qui nécessite leur mise en contact pour former les virions.

• L’assemblage des nucléocapsides peut se faire : par auto-assemblage, à partir de précurseurs protéiques ensuite maturés, avec l’aide de protéines virales non structurales

📌 Le génome viral peut initier l’assemblage en favorisant l’auto-assemblage des protéines autour de l’acide nucléique, ou être intégré après la formation de la capside grâce à des signaux d’encapsidation.

📌 Les virions peuvent être libérés soit après accumulation massive des nucléocapsides et éclatement de la cellule hôte, soit progressivement au fur et à mesure de leur assemblage.

• Les virus enveloppés sont libérés par bourgeonnement à partir de l’une des membranes cellulaires.

Compléments

• Lors de l’auto-assemblage, les protéines s’associent spontanément en capsomères, puis les capsomères interagissent spontanément avec les acides nucléiques.

💡 Astuce mémo

Éclatement de la cellule pour une libération massive ; bourgeonnement pour les virus enveloppés.

📊 Tableaux de synthèse

Classes de Baltimore