4. Synthèse de protéines virales

Cette synthèse repose sur le même mécanisme que lors de la synthèse des protéines dans les cellules normales. Dans les picornavirus contenant de l'ARN, la fonction de l'ARNm est assurée par des brins plus. Dans ceux-ci, l'ARN du virion simple brin est traduit pour former un polypeptide géant, qui est ensuite clivé en protéines fonctionnelles individuelles. La synthèse de la protéine virale complète exprime la traduction constante dans le temps de tous les gènes de l’ARN viral. Chez les ortho-, rhabdo- et paramyxinrus, l'ARN simple brin du virion n'est pas traduit, mais le brin plus qui lui est complémentaire est traduit, donc la synthèse de protéines virales spécifiques commence après la formation de l'ARNm viral (brin plus), qui est complémentaire de l'ARN du virion. Les brins négatifs sont synthétisés sur les brins plus de la polymérase dépendante de l'ARN du virion (ARN transcriptase), qui fait partie du virion en tant que composant structurel. Les ARNm synthétisés par la virion polymérase sont monocistroniques et significativement plus courts que l'ARN du virion. Lors d’une infection virale, les polysomes cellulaires se désintègrent et des polysomes spécifiques du virus se forment.

La synthèse d'une protéine spécifique du virus dépend de la synthèse de l'ARNm viral, mais l'influence également : si la synthèse des protéines est perturbée, l'ARNm nouvellement formé devient surchargé aux sites de sa synthèse et sa synthèse ultérieure est inhibée.

Au cours de l’infection, les protéines virales sont synthétisées en quantités supérieures à celles nécessaires pour former un virus infectieux. Par exemple, dans les cellules infectées par les virus de l’herpès, seulement environ 35 % de la masse totale des protéines spécifiques du virus synthétisées dans les cellules sont incluses dans la descendance virale.

Dans la plupart des virus, la synthèse des protéines a lieu dans le cytoplasme ; Des doutes subsistent quant à la localisation nucléaire de la synthèse protéique de certains virus. On sait que les protéines virales peuvent être synthétisées dans certaines structures et s’accumuler dans d’autres. Les mécanismes responsables de la migration des protéines virales dans le noyau ne sont pas élucidés. On sait seulement que l'absence d'arginine dans le milieu conduit à la suppression de la migration des protéines structurales du virus de l'herpès du site de leur synthèse (cytoplasme) vers le site d'assemblage des virions (noyau), bien que la synthèse de l'ADN et la protéine du virus n’est pas altérée.

À différentes étapes du cycle infectieux, l'un ou l'autre groupe de protéines spécifiques du virus peut être formé de manière prédominante. Leur vitesse est régulée soit au niveau de la transcription (avec formation d'ARNm) soit au niveau de la traduction (lecture de l'ARNm sur les ribosomes).

Dans une cellule infectée, les ARNm provenant de différents gènes viraux s’accumulent de manière disproportionnée. Le mécanisme de cette disproportionnalité réside dans la particule virale elle-même. Le même mécanisme détermine l’efficacité différente de la formation de différentes protéines. Une particule virale standard contient une molécule d'ARN et jusqu'à 10 000 molécules de protéines. En plus des protéines structurales, des protéines non structurales (mais codées par l’ARN viral) peuvent également être synthétisées dans une cellule infectée. Parallèlement à la synthèse de protéines dans la cellule lors de la reproduction du virus de la grippe, se produit également la synthèse de chaînes glucidiques qui composent les glycoprotéines. L'ajout de glucides s'effectue à l'aide de transférases, qui sont des enzymes cellulaires. La synthèse lipidique est également réalisée par la cellule. L'enveloppe virale est formée par l'incorporation de lipides provenant de la membrane plasmique de la cellule hôte. La synthèse des acides nucléiques viraux et des protéines spécifiques du virus se produit presque simultanément et a lieu au moins 1 heure avant la maturation des particules virales.

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25 novembre 2012 : Les virus peuvent parfois être assez difficiles à détecter. Les virus à ARN sont particulièrement adaptés aux médicaments antiviraux car ils ne se répliquent pas avec une fidélité absolue. Chaque génome contient au moins une erreur ; les génomes viraux sont une cible mouvante pour les médicaments antiviraux, car ils mutent au cours de la reproduction et deviennent plus résistants. Par exemple, dans la lutte contre le VIH, une combinaison de différents médicaments est utilisée pour repousser le virus dans un coin et l’y bloquer.

Le ribosome a traditionnellement été considéré comme la machine moléculaire de la cellule, fonctionnant automatiquement et synthétisant des protéines pour maintenir le fonctionnement de la cellule. Mais Emmy Lee, ancienne étudiante diplômée du programme de virologie, et Sean Whelan, professeur de microbiologie et d'immunologie, ont découvert que le ribosome semble jouer un rôle plus actif dans la régulation de la réplication virale.

Des chercheurs américains ont étudié les différences entre la manière dont les virus et les cellules hôtes qu'ils infectent effectuent le processus de transfert de l'ARN messager en protéines. En se concentrant sur les composants protéiques présents à la surface du ribosome, ils ont découvert une protéine dont les virus dépendent pour fonctionner, mais dont la grande majorité des ARN messagers cellulaires n’en ont pas besoin.

Une protéine ribosomale appelée rpL40 pourrait représenter une cible pour un traitement potentiel ; le bloquer détruirait certains virus, laissant les éléments normaux largement inchangés.

"Comme certains virus sont très sensibles à la présence ou à l'absence de protéines ribosomales, il pourrait être utile pour nous de réfléchir à la possibilité de cibler les ribosomes avec des traitements antiviraux", a déclaré Whelan. « À cet égard, il est temps de réfléchir à la lutte contre l’infection virale rabique, pour laquelle il n’existe aucun traitement. »

L’équipe de recherche a affiché les éléments protéiques ribosomiques sur un écran pour voir lesquels pourraient être impliqués dans une synthèse spécialisée. En étudiant le virus de la stomatite vésiculaire, un rhabdovirus de la même famille que le virus de la rage, les scientifiques ont découvert que ses ARN messagers dépendaient de la protéine ribosomale L40, mais que seulement 7 % des ARN messagers des cellules hôtes la produisaient. Certains ARN messagers cellulaires qui dépendent de la protéine ribosomale L40 étaient des gènes qui répondaient aux conditions de stress.

Des expériences sur des levures et des cellules humaines ont montré qu'une classe de virus, notamment la rage et la rougeole, dépendait également de la réplication de la protéine ribosomale L40.

"Ce travail montre que le ribosome n'est pas seulement une machine moléculaire, mais agit également comme un régulateur translationnel", a déclaré la première auteure Emmy Lee, aujourd'hui chercheuse postdoctorale à l'Université de Californie à Berkeley.

Le concept de se concentrer sur les fonctions cellulaires telles que la synthèse des protéines pour les traitements antiviraux est exploré par de nombreux scientifiques, mais aucun médicament n'est conçu selon ce principe.

"Nous pensons qu'il y a bien plus que cette seule protéine", a déclaré Whelan. "Les virus ont une capacité inexplicable à nous apprendre une nouvelle biologie à chaque fois."

Virus

Les virus sont constitués d'acide nucléique (ADN ou ARN) et de protéines qui forment une enveloppe autour de cet acide nucléique, c'est-à-dire représentent un complexe nucléoprotéique. Certains virus contiennent des lipides et des glucides. Les virus contiennent toujours un type d’acide nucléique : soit de l’ADN, soit de l’ARN. De plus, chacun des acides nucléiques peut être soit simple brin, soit double brin, à la fois linéaires et circulaires.

La taille des virus est comprise entre 10 et 300 nm. Forme du virus : sphérique, en forme de bâtonnet, filamenteux, cylindrique, etc.

Capside - l'enveloppe du virus, est formée de sous-unités protéiques disposées d'une certaine manière. La capside protège l'acide nucléique du virus de diverses influences et assure le dépôt du virus à la surface de la cellule hôte. La supercapside est caractéristique des virus complexes (VIH, virus de la grippe, herpès). Se produit lors de la sortie du virus de la cellule hôte et constitue une région modifiée de la membrane nucléaire ou cytoplasmique externe de la cellule hôte.

Si le virus se trouve à l’intérieur d’une cellule hôte, il existe sous forme d’acide nucléique. Si le virus se trouve en dehors de la cellule hôte, il s’agit alors d’un complexe nucléoprotéique, et cette forme d’existence libre est appelée virion. Les virus sont très spécifiques, c'est-à-dire ils peuvent utiliser un cercle d'hôtes strictement défini pour leur subsistance.

Les étapes suivantes peuvent être distinguées dans le cycle de reproduction du virus.

Dépôt à la surface de la cellule hôte.

Pénétration du virus dans la cellule hôte (peut pénétrer dans la cellule hôte par : a) « injection », b) dissolution de la membrane cellulaire par des enzymes virales, c) endocytose ; Une fois à l’intérieur de la cellule, le virus met sous son propre contrôle son appareil de synthèse des protéines).

Incorporation de l'ADN viral dans l'ADN de la cellule hôte (dans les virus à ARN, la transcription inverse se produit avant cela - synthèse d'ADN sur une matrice d'ARN).

Transcription de l'ARN viral.

Synthèse d'acides nucléiques viraux.

Auto-assemblage et sortie des virus filles de la cellule. Ensuite, la cellule meurt ou continue d’exister et produit de nouvelles générations de particules virales.

Le virus de l'immunodéficience humaine affecte principalement les lymphocytes CD4 (auxiliaires), à la surface desquels se trouvent des récepteurs capables de se lier à la protéine de surface du VIH. De plus, le VIH pénètre dans les cellules du système nerveux central, de la névroglie et des intestins. Le système immunitaire du corps humain perd ses propriétés protectrices et est incapable de résister aux agents pathogènes de diverses infections. L'espérance de vie moyenne d'une personne infectée est de 7 à 10 ans.

La source de l'infection est uniquement une personne porteuse du virus de l'immunodéficience. Le SIDA se transmet sexuellement, par le sang et les tissus contenant le virus de l'immunodéficience, de la mère au fœtus.

Cytologie

La cytologie est la science des cellules. Étudie la structure et les fonctions des cellules des organismes unicellulaires et multicellulaires. La cellule est l'unité élémentaire de structure, de fonctionnement, de croissance et de développement de tous les êtres vivants. Ainsi, les processus et modèles caractéristiques de la cytologie sous-tendent les processus étudiés par de nombreuses autres sciences (anatomie, génétique, embryologie, biochimie, etc.).

Les virus ne contiennent qu’un seul type d’acide nucléique : l’ADN ou l’ARN. L’ADN viral peut être simple ou double brin et de forme linéaire ou circulaire. Les acides nucléiques viraux codent pour des protéines et des enzymes spécifiques du virus nécessaires à la réplication du virus dans la cellule hôte.

Réplication des virus à ADN se déroule selon un mécanisme semi-conservateur commun à tout l’ADN. Sur la matrice d'ADN viral, l'ARNm est d'abord synthétisé, puis la formation de protéines virales se produit. Ce processus est entièrement assuré par l'appareil métabolique de la cellule hôte.

Réplication des virus à ARN se produit de deux manières.

D'abord se produit avec la participation de l'ARN polymérase ARN-dépendante (ARN synthase ou ARN réplicase). Il est inhérent aux virus de la grippe et de la rougeole. On distingue les virus :

• contenant (+) - brin d'ARN (plus brin), qui sert à la fois d'ARNm et de génome, et de virus,
• contenant un brin d'ARN (-) (brin moins), qui sert uniquement de génome.

Il existe également des virus contenant de l'ARN double brin.

1. Le brin (+)-ARN du virus peut être directement utilisé en traduction comme ARNm. Par conséquent, lorsqu’un virus à ARN (+) (virus de la polymyolite, virus de l’hépatite A) pénètre dans une cellule, son ARN se lie aux ribosomes de la cellule et est traduit en une chaîne protéique. Cette chaîne est brisée par la protéase de la particule virale en 7 protéines dont l'ARN synthase. Après l’apparition de l’ARN synthase, la réplication de l’ARN viral commence. Dans un premier temps, une chaîne d'ARN (-) se forme sur la chaîne (+) comme matrice, et dans un deuxième temps, la chaîne (-) sert de matrice pour la synthèse de chaînes d'ARN (+) identiques à la virale.
2. Les rhabdovirus (virus de la rage, Ebola, Marburg) et les paramyxovirus (virus parainfluenza, rougeole, oreillons) possèdent un brin (-) d'ARN qui ne peut pas être directement traduit en protéine. Au lieu de la traduction, cet (-)-ARN est utilisé comme modèle pour la transcription du (+)-ARN. La transcription est réalisée par l'ARN synthase, présente dans la particule virale. L'ARN (+) viral synthétisé est en outre utilisé comme matrice pour la synthèse ribosomale de protéines virales et comme matrice pour la synthèse (réplication) d'un brin d'ARN (-) identique à celui viral.
3. L'ARN (+-) (ARN double brin) se trouve dans les réovirus responsables d'infections respiratoires. Le principe de reproduction de ces virus est le même que la réplication de l'ADN double brin, mais à la place de l'ADN polymérase, l'ARN polymérase (ARN synthase) fonctionne.

Deuxième façon se produit avec la participation de la transcriptase inverse (ADN polymérase ARN-dépendante, reversease). Elle est inhérente aux rétrovirus (virus de l'immunodéficience) et à certains virus oncogènes. L'enzyme catalyse trois processus en séquence :

• synthèse de la chaîne d'ADN (-) sur la matrice virale (+) -ARN ;
• destruction de l'ARN viral dans le cadre de l'hybride ARN-ADN résultant ;
• synthèse de l'ADN brin (+) sur l'ADN brin (-) pour former de l'ADN double brin.

Cet ADN du cytoplasme pénètre dans le noyau, s'intègre dans le génome de l'hôte et sert de modèle pour la synthèse de l'ARN viral avec la participation du système ARN polymérase de la cellule hôte. Les ARN viraux résultants pénètrent dans le cytoplasme, où ils initient la traduction des protéines virales. Ces protéines et ARN sont assemblés en particules virales capables d’infecter de nouvelles cellules.

Il est prouvé que dans différents tissus ou sur différentes surfaces de cellules épithéliales, les mécanismes d'adsorption des virus et leur pénétration dans la cellule ne sont pas les mêmes.

4. Synthèse de protéines virales

Cette synthèse repose sur le même mécanisme que lors de la synthèse des protéines dans les cellules normales. Dans les picornavirus contenant de l'ARN, la fonction de l'ARNm est assurée par des brins plus. Dans ceux-ci, l'ARN du virion simple brin est traduit pour former un polypeptide géant, qui est ensuite clivé en protéines fonctionnelles individuelles. La synthèse de la protéine virale complète exprime la traduction constante dans le temps de tous les gènes de l’ARN viral. Chez les ortho-, rhabdo- et paramyxinrus, l'ARN simple brin du virion n'est pas traduit, mais le brin plus qui lui est complémentaire est traduit, donc la synthèse de protéines virales spécifiques commence après la formation de l'ARNm viral (brin plus), qui est complémentaire de l'ARN du virion. Les brins négatifs sont synthétisés sur les brins plus de la polymérase dépendante de l'ARN du virion (ARN transcriptase), qui fait partie du virion en tant que composant structurel. Les ARNm synthétisés par la virion polymérase sont monocistroniques et significativement plus courts que l'ARN du virion. Lors d’une infection virale, les polysomes cellulaires se désintègrent et des polysomes spécifiques du virus se forment.

La synthèse d'une protéine spécifique du virus dépend de la synthèse de l'ARNm viral, mais l'influence également : si la synthèse des protéines est perturbée, l'ARNm nouvellement formé devient surchargé aux sites de sa synthèse et sa synthèse ultérieure est inhibée.

Au cours de l’infection, les protéines virales sont synthétisées en quantités supérieures à celles nécessaires pour former un virus infectieux. Par exemple, dans les cellules infectées par les virus de l’herpès, seulement environ 35 % de la masse totale des protéines spécifiques du virus synthétisées dans les cellules sont incluses dans la descendance virale.

Dans la plupart des virus, la synthèse des protéines a lieu dans le cytoplasme ; Des doutes subsistent quant à la localisation nucléaire de la synthèse protéique de certains virus. On sait que les protéines virales peuvent être synthétisées dans certaines structures et s’accumuler dans d’autres. Les mécanismes responsables de la migration des protéines virales dans le noyau ne sont pas élucidés. On sait seulement que l'absence d'arginine dans le milieu conduit à la suppression de la migration des protéines structurales du virus de l'herpès du site de leur synthèse (cytoplasme) vers le site d'assemblage des virions (noyau), bien que la synthèse de l'ADN et la protéine du virus n’est pas altérée.

À différentes étapes du cycle infectieux, l'un ou l'autre groupe de protéines spécifiques du virus peut être formé de manière prédominante. Leur vitesse est régulée soit au niveau de la transcription (avec formation d'ARNm) soit au niveau de la traduction (lecture de l'ARNm sur les ribosomes).

Dans une cellule infectée, les ARNm provenant de différents gènes viraux s’accumulent de manière disproportionnée. Le mécanisme de cette disproportionnalité réside dans la particule virale elle-même. Le même mécanisme détermine l’efficacité différente de la formation de différentes protéines. Une particule virale standard contient une molécule d'ARN et jusqu'à 10 000 molécules de protéines. En plus des protéines structurales, des protéines non structurales (mais codées par l’ARN viral) peuvent également être synthétisées dans une cellule infectée. Parallèlement à la synthèse de protéines dans la cellule lors de la reproduction du virus de la grippe, se produit également la synthèse de chaînes glucidiques qui composent les glycoprotéines. L'ajout de glucides s'effectue à l'aide de transférases, qui sont des enzymes cellulaires. La synthèse lipidique est également réalisée par la cellule. L'enveloppe virale est formée par l'incorporation de lipides provenant de la membrane plasmique de la cellule hôte. La synthèse des acides nucléiques viraux et des protéines spécifiques du virus se produit presque simultanément et a lieu au moins 1 heure avant la maturation des particules virales.

5. Assemblage des virions et leur libération de la cellule

La synthèse des composants des particules virales dans la cellule est distincte et peut se produire dans différentes structures du noyau et du cytoplasme. Les virus qui se répliquent dans les noyaux sont classiquement appelés virus nucléaires. Il s'agit principalement de virus contenant de l'ADN : adéno-, papova-, parvovirus, virus de l'herpès. Les virus qui se répliquent dans le cytoplasme sont appelés cytoplasmiques. Ceux-ci comprennent le virus de la variole contenant de l'ADN et la plupart des virus contenant de l'ARN, à l'exception des orthomyxo et des rétrovirus. Cependant, cette division est très relative, car dans la reproduction des deux virus, il existe des étapes qui se déroulent respectivement dans le cytoplasme et le noyau.

À l’intérieur du noyau et du cytoplasme, la synthèse de molécules spécifiques du virus peut également être séparée. Par exemple, la synthèse de certaines protéines est réalisée sur des polysomes libres, tandis que d'autres sont synthétisées sur des polysomes liés à la membrane. Les acides nucléiques viraux sont synthétisés en association avec des structures cellulaires éloignées des polysomes qui synthétisent les protéines virales. Avec ce mode de reproduction disjonctif, la formation d'une particule virale n'est possible que si les acides nucléiques et les protéines viraux ont la capacité, à concentration suffisante, de se reconnaître dans la diversité des protéines et des acides nucléiques cellulaires et de se connecter spontanément entre eux, c'est-à-dire qu'ils sont capables de s'auto-assembler.

L'auto-assemblage est basé sur une reconnaissance spécifique protéine-acide nucléique et protéine-protéine, qui peut se produire à la suite de liaisons ioniques et hydrogènes hydrophobes, ainsi que d'une correspondance stérique. La reconnaissance protéine-acide nucléique est limitée à une petite région de la molécule d'acide nucléique et est déterminée par des séquences nucléotidiques uniques dans la partie non codante du génome viral. Avec cette reconnaissance d’une région du génome par les protéines de la capside virale, commence le processus d’assemblage de la particule virale. La fixation d'autres molécules protéiques est réalisée en raison d'interactions protéine-protéine spécifiques ou d'interactions protéine-acide nucléique non spécifiques.

La combinaison de protéines avec des acides nucléiques viraux dans la cellule se produit spontanément comme une réaction d'agrégation purement physico-chimique, nécessitant la participation de facteurs supplémentaires (pH, force ionique, ions métalliques, osmose, etc.). Une fois que la concentration d’ARN viral et de protéines atteint un niveau critique ; Dans les virus complexes, les principes d’auto-assemblage assurent la morphogenèse des virions du début à la fin.

Afin d'imaginer l'étape de maturation des particules virales filles dans les paramyxovirus, il est nécessaire de savoir comment la molécule d'ARN 50S, environ 10 mille molécules de protéines, lipides et sucres s'assemblent dans une cellule infectée et forment une particule morphologiquement et biologiquement complète. . La maturation peut être divisée en trois étapes : 1) formation de nucléocapsides intracellulaires ; 2) organisation de la membrane virale ; 3) sortie d'une particule virale mature de la cellule par ce qu'on appelle le bourgeonnement.

Formation de nucléocapside. L'incorporation rapide de l'ARN 50S dans la capside est due à l'accumulation relativement rapide et abondante de . protéines structurelles de la nucléocapside à la cellule infectée. La formation (l'assemblage) des virions se fait par auto-assemblage, qui est dû à la « reconnaissance » de l'ARN par les protéines. On pense que la protéine de reconnaissance est la protéine P, car elle est la plus étroitement liée à l'ARN dans les particules virales. On pense que la région reconnaissable de l'ARN est localisée à l'extrémité 5" de la molécule. Les nucléocapsides s'accumulent dans le cytoplasme des cellules infectées et le taux de formation de nucléocapsides intracellulaires est bien supérieur au taux de formation du virus. la formation de nucléocapsides intracellulaires est associée dans le temps à la biosynthèse de l'ARN 50S.