La grippe - deuxième partie, le virus de l’influenza

La grippe est causée par un virus (et non pas par une bactérie, un parasite ou un champignon). Les bactéries, les parasites et les champignons sont des êtres vivants, mais il y a une controverse pour savoir si un virus est vivant ou non, puisqu’il na pas la possibilité de se reproduire par lui-même, mais doit utiliser la machinerie d’une cellule hôte vivante.

En fait, la seule fonction d’un virus est de se reproduire. De son point de vue, vous n’êtes qu’un moyen de fabriquer un autre virus. Si la manière la plus efficace est de vous rendre malade, c’est ce qu’il fera, mais si vous rendre trop malade interfère avec sa capacité à se reproduire, il se modifiera et sera plus gentil avec vous. De la même manière, si votre corps n’apprécie pas sa façon de vous utiliser pour se reproduire (en vous faisant tousser ou éternuer du virus pendant des semaines), vous réagirez de différentes manières pour l’éliminer, par exemple, en faisant en sorte que votre système immunitaire crée des anticorps pour neutraliser la capacité qu’a le virus à vous infecter. Nous avons développé des mécanismes de défenses, comme le virus, sans lesquels nous n’aurions aucunes chance de nous reproduire et si cela se reproduisait trop souvent, nous ne serions plus la. Donc, généralement, nous allons mieux, mais cela ne veut pas dire que nous avons « gagné ». Si le virus a trouvé un moyen d’infecter un autre hôte, il a rempli son rôle, même si vous avez éliminé ou neutralisé ceux qui avaient envahis vos voies respiratoires. Voilà le tableau général. Et les détails ? Si le virus n’a qu’un seul objectif, comment le rempli-t-il ?

Les virus de la grippe forment en fait une famille de virus (appelée famille des orthomyxovirus) qui a trois membres, les types A, B et C. Les trois types infectent les humains, mais le type A est celui qui cause les pandémies d’influenza, nous allons donc nous concentrer sur lui. Influenza A est un virus de taille moyenne, à l’échelle des virus, car les virus sont tous très petits, beaucoup plus petits que les bactéries. Ils ont été caractérisés à l’origine comme les agents infectieux tellement petits, qu’ils pouvaient passer au travers des filtres très fins qui stoppent tous les microorganismes connus. Comparativement avec presque tous les autres microorganismes connus, les virus ont une structure élémentaire, qui contient simplement le matériel génétique qui définit comme le fabriquer et les structures accessoires nécessaires pour forcer une cellule hôte à en réaliser une copie d’après ce plan. En fait, il essaye de transformer la cellule hôte en un copieur à virus de la grippe.

Piéger une cellule hôte pour lui faire accomplir cette fonction s’appelle une infection. Les conséquences pour la cellule hôte peuvent être minimes (de nouvelles copies d’un virus inoffensif sont réalisées) ou catastrophiques (la cellule hôte meurt et les copies virales sont libérées et peuvent en infecter et en tuer d’autres). Comme notre corps essaie de se défendre et met en action divers moyens, le virus possède dans sa structure des contre défenses. Le virus de la grippe a à la fois la possibilité de se répliquer et possède certains outils et stratégies pour interférer avec les capacités de défense de la cellule hôte.

Structure générale du virus

Tous les virus on un cœur fait de matériel génétique (le plan avec les instructions) qui est entouré par une enveloppe protectrice faite de protéines (appelée la capside). Le matériel génétique est différent dans chaque virus. Dans le virus influenza A, il s’agit d’acide ribonucléique (ARN) à simple brin, contrairement au matériel génétique de nos cellules qui est de l’acide désoxyribonucléique à double brin, les deux brins s’enroulant l’un autour de l’autre pour former la fameuse configuration en double hélice.

En plus de la capside, de nombreux virus sont en plus entourés d’une une enveloppe faite de sucre et de graisse. Le virus influenza A est un virus à enveloppe. Lorsque le virus infecte une cellule, son objectif est d’utiliser la machinerie moléculaire de son ADN pour fabriquer un nouveau virus à ARN avec son code génétique, sa capside et son enveloppe, comme si quelqu’un pénétrait dans un atelier avec un plan et forçait les ouvriers à abandonner leurs tâches et à réaliser le plus de copies possibles de l’objet à leurs frais.

Pour parvenir à ses fins, le virus doit résoudre un certain nombre de problèmes. Il doit parvenir à avoir accès à l’équipement et au matériel de la cellule hôte. Il doit la leurrer pour la forcer à s’occuper du virus au lieu de réaliser les actions utiles à la cellule et à l’organisme, et il doit faire sortir les copies de la cellule pour qu’elles puissent en infecter d’autres.

Accéder à l’équipement et au matériel de la cellule hôte

Supposons pour l’instant que la particule virale intacte soit entrée dans les voies respiratoires. Elle est cependant toujours à l’extérieur. Elle doit pénétrer dans une cellule où se trouve l’équipement qui lui permettra de créer un nouveau virus. Voyons de plus près l’enveloppe virale, qui est traversée par une protéine qui a son importance pour pénétrer dans la cellule. L’enveloppe est faite d’une couche de lipide et de protéines contenant certains sucres qui entourent les protéines de la capside. La capside est comme une coquille faite des propres protéines du virus (les protéines M1), mais la couche de lipoprotéines qui l’enveloppe est faite de matériaux que le virus volés à la cellule hôte précédemment infectée lorsqu’il en est sorti. Techniquement, il s’est une double couche de phospholipides typique des membranes cellulaires. Mais des pointes de protéines virales contenant des sucres (hydrates de carbones) percent l’enveloppe.

La combinaison sucre - protéines est appelée une glycoprotéine. Le virus de la grippe renferme trois glycoprotéines codées par le matériel génétique, elles sont appelées hémagglutinine (HA), neuraminidase (NA) et M2. Comme elles se trouvent à la surface du virus, le système immunitaire les voit, et il peut fabriquer des anticorps contre eux. Il y a 16 classes d’immunité (ou allèles) de glycoprotéines HA et 9 classes d’immunité de NA. (Il existe des anticorps contre la glycoprotéine M2, mais leurs rôles dans l’immunité n’est pas clair pour le moment). Les différentes classes d’immunité HA sont désignées de H1 à H16 et les 9 classes d’immunité NA, N1 àN9. Elles sont à la base des différents sous-types de virus de l’influenza comme H1N1 ou H3N2. Le premier a des protéines HA de la classe d’immunité H1, l’autre de la classe d’immunité H3, la même chose vaut pour les classes NA.

Parmi chaque classe d’immunité, on peut trouver des variations plus ou moins grandes qui vont affecter la façon dont les anticorps spécifiques à la classe de glycoprotéine H1 vont réagir contre une autre glycoprotéine qui apparaît légèrement différente au système immunitaire. Ces variations donnent naissance aux différentes souches du virus qui se font jour d’une année à l’autre, mais elles ne sont pas aussi importantes que celles qui existent entre les classes.

Notre système immunitaire peut être lent ou inefficace dans la reconnaissance de souches différentes du même sous-type viral et il peut même ne pas « voir » du tout un sous-type particulier. Notre système immunitaire n’a aucune expérience avec le sous-type H5 de virus influenza A, ce qui est une des principales raisons pour laquelle les professionnels de la santé sont si inquiets : un de nos principaux système de défense, le système immunitaire, pourrait être inefficace jusqu’à ce qu’il apprenne à reconnaître ce sous-type. Même si une souche est différente, il peut y avoir une certaine reconnaissance et une réponse, bien que tardive, qui peut avoir une certaine efficacité. Mais avec le sous-type H5, le virus se reproduira sans être découvert pendant beaucoup plus longtemps et votre système immunitaire n’aura peut-être pas assez de temps pour commencer à produire des anticorps.

L’importance de la glycoprotéine HA va au-delà de la réponse du système immunitaire. Si la fonction des protéines Ha et NA était d’être une cible pour le système immunitaire, le virus n’en aurait aucune utilité, se serait même un handicap. La protéine HA agit également comme une clé pour passer à travers la porte verrouillée de la cellule hôte. Voici comment ça marche.

La glycoprotéine HA du virus possède une région spéciale, appelée site de liaison du récepteur, qui peut s’attacher à une cellule si celle-ci contient une molécule réceptrice spécifique. Les cellules hôtes du système respiratoire ont également une double couche de lipides, percée de glycoprotéines. La molécule réceptrice du virus de l’influenza A est une glycoprotéine de la cellule hôte ayant chaîne latérale dont le sommet est fait d’une sorte particulière de sucre appelé acide sialique. La caractéristique spécifique de l’acide sialique des cellules humaines est l’acide N-acétylneuraminique (NeuAc) et, lorsqu’il est attaché à la glycoprotéine de la cellule par un autre sucre appelé galactose, il forme un récepteur potentiel pour la liaison du virus de la grippe via la pointe de la protéine HA. Le terme « potentiel » est utilisé, car il y encore une autre subtilité qui entre en jeu. Cela dépend de la manière dont l’acide sialique NeuAc est attaché au galactose. Il existe différents types de liaisons, dont deux, les liaisons α-(2,3) et α-(2,6) sont importantes pour la reconnaissance des virus de la grippe. Les chiffres et la lettre grecque indiquent quels atomes sont connectés sur l’acide sialique et sur le galactose.

On pensait que les cellules des systèmes respiratoires et intestinaux des oiseaux avait la liaison NeuAc -α-(2,3)-Gal tandis que le système respiratoire humain avait la liaison NeuAc -α-(2,6)-Gal, mais il apparaît que le système respiratoire humain a les deux, mais sur des cellules de types différents. Il semble exact, cependant, que les virus de la grippe aviaire préfèrent la première et les virus humains la seconde. Les porcs possèdent les deux types de liaisons, c’est pourquoi on pense qu’ils peuvent être un foyer important de réassortiments et de recombinaisons, car les porcs peuvent être co-infectés par des virus humains et aviaires. Donc une modification dans le site de liaison de la protéine HA par une mutation qui permettrait une liaison efficace à un récepteur humain pourrait transformer un virus, qui se transmettait au préalable parmi les oiseaux, en un virus transmissible de personne à personne. Cela à l’air ingénieux, malheureusement ce n’est pas la fin de l’histoire. D’autres facteurs semblent entrer en jeu pour déterminer les spécificités d’un hôte au virus de la grippe. On sait aussi que les virus aviaires peuvent infecter les humains, bien que moins facilement. Donc il y a plus et l’histoire ne s’arrête pas la.

Les choses sont déjà un peu compliquées. En résumé, le virus de la grippe possède à sa surface des pointes de glycoprotéines, les protéines HA, qui peuvent s’arrimer sur le bon récepteur de la surface de la cellule hôte. La glycoprotéine HA a donc une clé, ou du moins une partie importante d’une clé qui déverrouille l’entrée de la cellule hôte, s’il peut trouver la bonne adresse et s’y coller. Cette adresse est une glycoprotéine de la surface de la cellule dont une combinaison protéine – galactose - α-(2,3/6) – NeuAc (acide sialique) flotte au vent.

La complication ne se termine pas ici. Une fois attaché, le virus est englobé dans la cellule dans un processus où une partie de la surface de la cellule (la membrane cellulaire) est forcée à former une sorte de puits qui avale le virus et qui se détache formant une petite bulle qui transporte le virus dans la cellule. A un certain point (on ne sait pas encore exactement ni quand ni comment), la glycoprotéine HA doit se couper en deux, HA1 et HA2 pour se désactiver (c’est la segmentation). Cela est réalisé par une certaine enzyme appelée protéase, dont il existe de nombreuses variétés, certaines présentes uniquement dans certains tissus, d’autre étant plus courantes. L’endroit sur HA où cela doit se produire (le site de segmentation) est assez étroit, donc le type de protéase qui peut déclencher la désactivation est limité à celles présentes sur un ou peut-être quelques tissus, principalement les tissus intestinaux et respiratoires des oiseaux et les tissus respiratoires des humains. Les virus aviaires des sous-types H5 et H7 peuvent présenter des mutations qui insèrent des acides aminés (les éléments de base des protéines) en plus au niveau du site de segmentation, ce qui l’élargit et qui permet à une plus grande variété de protéases de réaliser la segmentation. Les protéases ont une préférence pour certaines sortes d’acides aminés, ceux qui ont des groupes de base sur le côté de leur chaîne (il y a trois acides aminés de cette sorte, la lysine, l’arginine et l’histidine). Les H5 peu pathogènes ont seulement un acide aminé de base au site de segmentation. Ceux qui ont des sites de segmentation à multiples acides aminés forment les virus influenza aviaires hautement pathogènes (HPAI), qui ont dévasté les élevages de volaille ces dernières années, et ils permettent l’infection d’une large variété de tissus (système nerveux, reins, cœur) par le virus de la grippe. Les acides aminés de base supplémentaires sont l’arginine et la lysine, et le motif du HPAI H5N1 dans la volaille est resté assez constant. Mais il existe un variant auquel il manque soit une lysine soit une arginine. Un tel variant se rencontre au nord du Vietnam, il lui manque une arginine, bien qu’il soit toujours à multiples acides aminés.

De telles mutations ne sont pas les seuls déterminants ni même ceux qui sont nécessaire à un haut pouvoir pathogène (ou plus exactement, virulence). De subtiles variations dans la configuration du site de segmentation et la présence ou l’absence de chaînes latérales de sucres à divers endroit peut également jouer un rôle majeur, comme le suggèrent certaines analyses récentes des restes du virus de 1918. Il n’est pas possible actuellement de déterminer la séquence d’un virus «et de prédire à l’avance son pouvoir pathogène (la capacité à causer une maladie) ou la virulence (la capacité de causer une maladie grave) chez les humains.

La segmentation de la glycoprotéine HA est nécessaire pour la suite du processus. Une fois à l’intérieur de la bulle (appelée vésicule), l’environnement interne de la cellule (en particulier son acidité) induit la couverture virale à fusionner avec les parois de la vésicule qui libère le matériel génétique dans la cellule hôte, lui donnant finalement accès à l’atelier où il pourra se répliquer. Cette fusion avec la vésicule nécessite la segmentation de la protéine HA.

Une autre composante importante permettant la fusion est la protéine virale M2, appelée également canal ionique. C’est cette protéine qui est la cible des médicaments antiviraux amantadine et rimantadine. Malheureusement, le virus peut assez facilement changer sa protéine M2 de telle manière que ces produits ne parviennent plus à prévenir sa fonction, produisant donc une résistance au médicament. Cependant, une résistance à un virus en circulation semble peu commune, bien qu’elle émerge rapidement, souvent dans les deux ou trois jours après le début du traitement. Il est possible parfois que la protéine M2 mutante soit néfaste au virus et des mutations dans l’autre sens se produisent également. Les virus H5 en circulation dans le sud-est asiatique sont apparemment résistants, mais ce n’est pas le cas de tous les H5. Donc il n’est pas clair à ce stade si l’amantadine aura ou non une place dans le traitement de la grippe aviaire chez les humains.

Contrôle de la cellule hôte pour la fabrication des composants d’un nouveau virus

Le programme de construction virale, encodé dans l’ARN à simple brin, est maintenant à l’intérieur de la cellule, et il migre vers le noyau où se trouve l’ADN. L’ARN viral, qui comme l’ADN spécifie des protéines grâce à des séquences codées de trois lettres (le code génétque), n’est pas nu, mais il est groupé avec certaines protéines virales importantes sans un assemblage appelé protéine ribonucléique (PRN). Un composant protéinique (PN) sert à stabiliser la forme de l’ARN, l’encrant dans la capside avant la fusion et ensuite en le transportant vers le bon endroit dans la cellule. La code de la PN est également dans l’ARN viral, c’est donc un produit viral.

A ce moment, l’ARN viral doit faire deux choses. La première est de réaliser une copie de lui-même (réplication). La seconde est de forcer la cellule hôte à fabriquer les dix éléments protéiniques d’un nouveau virus. Nous avons déjà vu certains de ces éléments : les protéines HA, NA, M1, M2 et NP. Le complexe PRN contient une autre protéine virale, le polymérase d’ARN (PB1). C’est une enzyme, également codée par le virus, qui à la fois constitue un gabarit (l’ARN messager) utilisé par la cellule hôte pour construire des protéines virales ; et qui participe à l’élaboration du plan de l’ARN viral. Donc le polymérase d’ARN est l’élément clé des deux phases, la réplication et la production de protéines virales.

Réplication

Le polymérase d’ARN ne fait pas une copie exacte de l’ARN, mais plutôt une image inversée. L’ARN viral est répliqué en deux étapes, la première réalise une copie inverse de l’ARN et la seconde inverse l’image inverse, c à d duplique l’ARN viral d’origine. Des erreurs peuvent se produire facilement pendant cette double duplication et l’opinion générale est que se sont ces erreurs qui causent les nombreuses variations génétiques rencontrées lorsque le virus se réplique.

En plus des mutations et des recombinaisons, il y a un autre processus qui permet de produire des variations génétiques importantes ; le réassortiment. L’ARN viral est en fait formé de huit éléments séparés, analogues à nos chromosomes. Six de ces segments codent chacun une protéine, et les deux autres en codent deux. Un virus intact à besoin des huit segments d’ARN, mais il peuvent venir de différents virus. Si un hôte, tel un porc ou une personne est infecté à la fois par un virus aviaire et un virus humain ou porcin, les segments se retrouvent dans la cellule hôte et ils peuvent se mélanger, certains segments venant d’un virus et certains d’un autre. Ceci peut produire une autre sorte d’hybride entre un virus aviaire et un virus humain. La différence entre ce mécanisme et la recombinaison est qu’ici les segments s’échangent en un seul bloc, tandis que dans la recombinaison, des morceaux de segments peuvent s’unir comme dans l’exemple de la protéine HA à la fois d’origine humaine et porcine, plutôt qu’une protéine HA humaine ou porcine comme dans un réassortiment.

Comme un réassortiment impliquant le segment d’une protéine HA introduirait un nouveau sous-type, comme le H5 qui ne se lie pas normalement aux cellules humaines, il semble que ce ne serait pas un mécanisme plausible pour démarrer une pandémie par lui-même, si une transmission facile ne dépendait entièrement que sur le site de liaison du récepteur. Mais comme nous l’avons vu, la situation est compliquée et elle peut dépendre de nouvelles combinaisons sur d’autres segments. Puisque huit segments venant de deux virus peuvent produire 256 combinaisons différentes, le réassortiment est plausible. De même, il y a aussi la nécessité de mutations et de recombinaisons qui peuvent affecter le site de segmentation de la protéine HA. Les réassortiments sont des mécanismes connus pour produire des changements majeurs dans les virus de la grippe, qui, ensemble avec d’autres mécanismes, peuvent produire l’hybride entre un virus aviaire et mammaire impliqué dans une pandémie. Il y a encore beaucoup à apprendre sur l’importance relative de ces combinaisons de modifications génétiques dont nous ne connaissons pas tout.

Construire le reste du virus

Le polymérase d’ARN ne réalise pas seulement les deux étapes de la réplication de l’ARN viral, mais il dirige la construction des protéines virales par la cellule hôte. Il y parvient en fabriquant un gabarit d’ARN messager qui sort du noyau de la cellule et va vers l’endroit de la cellule où la synthèse protéinique a lieu. L’ARN messager utilise la machinerie de la cellule pour construire toutes les protéines virales, ce qui inclus, outre celles dont nous avons déjà parlé, le polymérase d’ARN lui-même (PB1) ; une protéine accessoire du polymérase d’ARN, PB2, qui utilise des morceaux de l’ARN messager de la cellule hôte pour démarrer le processus de construction viral ; un autre composant du polymérase de l’ARN, appelé PA, qui est nécessaire à la réplication virale, mais dont la fonction n’est pas encore comprise ; une protéine appelée le facteur d’exportation nucléaire (NEP, appelée précédemment NS2), utile pour que l’ARN viral répliqué se reconstitue en RNP et soit ensuite exporté en dehors de la cellule ; et finalement une protéine, appelée la protéine non-structurelle, NS, qui protège le virus contre un des premiers mécanismes de défense de l’hôte en interagissant avec une cytokine non-spécifique appelé interféron.

Les autres protéines ne reçoivent pas autant d’attention que les protéines Ha et Na, mais on sait que leurs variations peuvent être importantes pour la virulence. On ne sait toujours pas quelles sortes de changements sont nécessaires et comment ils agissent exactement pour rendre le virus plus virulent

Assembler le nouveau virus et se détacher de la surface de la cellule hôte pour accéder à d’autres cellules

A ce point, la protéine ribonucléique (PRN) et les autres protéines virales ont été fabriquées. Elles s’assemblent près de l’enveloppe externe de la cellule hôte (la membrane cellulaire) et percent à travers la surface en entraînant une partie de la membrane pour constituer une enveloppe de lipoprotéine. Ce processus n’est pas parfait. Parfois, plus de huit segments sont incorporés ou alors certains segments ne sont pas les bons. Ces virus ne sont plus infectieux. On a estimé que ce processus présente près de 90% de déchets, mais il y a tellement de copies du virus que cela a peu d’importance.

Il n’y a plus qu’un dernier problème à résoudre pour le virus. Les pointes de glycoprotéines HA qui bourgeonnent à la surface du nouveau virus pourraient se lier avec les récepteurs d’acide sialique de la cellule dont il vient de sortir, la réinfectant; ou alors, les particules virales qui présentent de l’acide sialique attaché à leurs protéines HA du fait du passage à travers la membrane cellulaire pourrait se lier les unes aux autres en amas. Le virus résout ce problème grâce à l’aide de ses autres pointes de glycoprotéines virales, les neuraminidases (NA), qui sont des enzymes qui peuvent ôter l’acide sialique de la surface de la cellule et des pointes d’hémaglutinine, permettant la libération de la nouvelle particule virale. Les médicaments inhibiteurs de neuraminidase, l’oseltamivir (Tamiflu®) et le zanamivir (Relenza®) fonctionnent en faisant en sorte que les protéines NA ne libèrent pas les particules virales bourgeonnant à la surface de la cellule. Au contraire des protéines M2 qui sont inhibées par les médicaments antiviraux amantadine et rimantadine, l’enzyme NA semble avoir moins de possibilités de muter. Jusqu’ici, les exemples de NA résistants sont également moins efficaces, donc les virus résistants, bien que toujours infectieux, le sont à moindre échelle. Mais nous ne savons pas si cela restera vrai.

Le virus est maintenant libre de trouver une autre cellule hôte à infecter, et le cycle se reproduit.