L’étude de la structure virale a permis de mieux comprendre les
virus et leur fonctionnement. Ainsi, en connaissant la manière dont le
virionparticule virale complète, telle qu'on la trouve dans le milieu
extracellulaire est construit, on comprend mieux plusieurs étapes
essentielles du cycle viral, comme l’attachement, la pénétration, la
décapsidation, ou encore l’assemblage et la sortie du virus. Outre les
fonctions liées à l’attachement, la pénétration ou la sortie du virus,
la capsidestructure protéique entourant le génome et les nucléoprotéines
du virus. Chez les virus nus la capside constitue la couche extérieure
du virus virale assure sans doute une fonction de protection du virus,
notamment dans le cas de virus transmis sous forme d’aérosols (virus de
la grippe) ou de manière mécanique aux plantes (virus de la mosaïque du
tabac). Ces dernières années, on s’est aussi aperçu que la capside
pouvait être une structure dynamique. >> Résumé condensé de cette
page
L’étude de la structure virale a permis de mieux comprendre
les virus. Cette partie du site explique comment ces particules sont
constituées et quelles sont les différents types de particules
répertoriées. Des exemples de virus sont présentés sous forme de
micrographie électronique et de schémas.
La connaissance précise
de la structure virale suscite un intérêt majeur dans le cadre de la
recherche de vaccins ou encore dans le domaine des nanotechnologies :
quoi de plus fascinant que la capacité du virus à encapsider de manière
spécifique une molécule d’acide nucléique, dans l’environnement complexe
d’une cellule !
Ces questions ont d’ailleurs passionné des
chercheurs comme Crick et Watson ou Klug, qui à l’aide de techniques
comme la diffraction des rayons X ou la microscopie électronique, sont
parvenus à décrypter l’architecture de nombreux virus connus et la
manière dont ceux-ci s’assemblent. >> Emergence des connaissances
sur la structure des virus (en savoir plus)
Dès les années
quarante, la microscopie électronique à transmission a permis de voir
l’invisible, de mettre une image sur les virus. Très vite, on a
distingué les virus sur base de leur morphologie : virus allongés
(particules en bâtonnets ou particules de type flexueux) ou virus
sphériques. Les travaux de cristallographie associés à l’étude de la
structure de macromolécules par diffraction des rayon X (comme par
exemple l’élucidation de la structure de l’ADN par Crick et Watson) ont
permis de réaliser des progrès considérables dans notre connaissance de
la structure virale.
Fraenkel et Conrad (1956) publient ainsi un
travail dans Scientific American : « Rebuilding a virus ». Ils montrent
aussi l’infectiosité du seul acide ribonucléique viral, sans la protéine
capsidiale et ouvrent la voie à la réversibilité, la possibilité de
reconstituer des virions infectieux au départ des protéines et des
acides nucléiques viraux préalablement purifiés. Ceci va permettre
d’étudier les mécanismes d’assemblage de la capside.
L’hypothèse
que la capside virale est constituée d’une même sous-unité de nature
protéique, répétée un très grand nombre de fois, émerge très rapidement.
Le génome extrêmement compact de nombre de virus est en effet incapable
de coder pour un nombre suffisant de protéines. Néanmoins, une telle
répétition implique aussi une symétrie importante dans la structure. La
symétrie hélicoïdale du TMV est démontrée par Watson en 1954. Le Tomato
bushy stunt virus (TBSV) un petit virus sphérique de 30 nm de diamètre,
peut cristalliser dans un réseau cubique centré dont le côté du cube est
de 383 Angström. Crick et Watson (1956) en déduisirent que le virus
devait posséder une partie des symétries présentée par le cristal,
notamment des symétries d’ordre deux et trois. Caspar montre la même
année une symétrie icosaédrique (polygone régulier comportant 20 faces
identiques) pour le TBSV, avec des axes de symétrie d’ordre 2, 3 et 5.
D’une
manière systématique, le virus est composé d’un génomeensemble du
patrimoine génétique d'une cellule ou d'une cellule d'un organisme et
d’une capside, une coque qui entoure l’acide nucléique viral. Cette
capsidestructure protéique entourant le génome et les nucléoprotéines du
virus. Chez les virus nus la capside constitue la couche extérieure du
virus est constituée par l’assemblage de sous-unités protéiques
répétitives parfois appelées capsomèresunité protéique répétitive
constituant la capside. L’ensemble formé par la capside et l’acide
nucléique viral est appelé nucléocapsideensemble formé par le génome et
la capside d'un virus. La nucléocapside peut être une structure plus ou
moins complexe. Chez les picornavirus, la nucléocapside est formée par
une molécule d'ARN et une capside plus ou moins "rigide". Chez le virus
de la rage, la nucléocapside est une structure "souple" comportant le
génome, les nucléoprotéines qui sont étroitement associées à l'ARN
génomique, la polymérase, et une phosphoprotéine.
La microscopie
électronique a permis la mise en évidence de deux grands types de
structures capsidiales : des particules allongées et des particules
sphériques.
Outre la capside et l’acide nucléique viral,
certains virus sont entourés d’une enveloppe de nature lipidique,
parfois appelée peplosenveloppe virale qui prend naissance au cours de
la traversée des membranes cellulaires et constituée d'un mélange
d'éléments cellulaires et d'origine virale, essentiellement des lipides
et des protéines (manteau) : on parle alors de virus « enveloppés »virus
dont la nucléocapside est entourée d'une membrane (double feuillet de
phospholipides) originaire de la cellule hôte. Par contre, en l’absence
d’enveloppe, on évoque des virus « nus »virus ne possédant pas
d'enveloppe. Appelés aussi virus non-enveloppés.
1. Composants du virion
1.1. Génome viral
Un
virus est habituellement constitué d’un génome composé d’un ou
plusieurs brins d’acide désoxyribonucléique ou ribonucléique, sous forme
linéaire ou circulaire. On distingue des ARN et ADN simple brin ou
double brin, des ARN de polarité positive ou négative ou encore
ambisens.
Les ARN viraux peuvent être coiffés (Figure I.3.1),
associés à une protéine protectrice de manière covalente, se terminer
par une séquence polyadénylée ou encore par une extrémité en pseudo-ARNt
comportant un pseudo-nœud (Figure I.3.2).
I.3.1. Structure de la coiffe des ARN
La coiffe est composée d'une 7-méthyl-guanosine liée à l'extrémité de l'ARN par un lien 5'-5' triphosphate
I.3.2. Exemple d'extrémité en pseudo-ARNt comportant un pseudo-noeud
1.2. Protéines de capside
Les
protéines de capside sont des protéines remarquables ! Elles sont
capables de polymériser par auto-assemblage pour former ces structures
complexes que sont les capsides virales. Dans certains cas, elles
peuvent aussi interagir de manière spécifique avec les acides nucléiques
d’origine virale. Certaines protéines virales de capside ont ainsi été
étudiées en détail, comme la protéine de capside du VMT-TMV,
Les
protéines types des virus icosaédriques possèdent une structure
caractéristique, qui consiste en 150 à 200 acides aminés arrangés en
huit feuillets beta anti-parallèles pour former une structure «
trapézoïdale » ou tonneau (Figure I.3.3).
I.3.3. Exemple de structure type de protéine de capside
Elle
est constituée de 150 à 200 acides aminés arrangés en huit feuillets
bêta anti-parallèles pour former une structure « trapézoïdale » ou
tonneau
1.3. Protéine de matrice
Certains virus comme les
Retrovirus possèdent des protéines de matrice qui permettent la liaison
entre la nucléocapside et l’enveloppe, via un domaine d’ancrage
transmembranaire. Ces protéines ne sont généralement pas glycosylées.
Par contre, elles contribuent souvent d’une manière significative à la
masse de la particule virale.
1.4. Enveloppes virales
La
plupart des virus de végétaux sont des virus nus, c’est-à-dire non
enveloppés, à l’exception des Rhabdovirus et des Tospovirus. Sans doute
peut-on expliquer cela par la différence notable que constitue la paroi
des cellules végétales en comparaison des cellules animales. Par contre,
de nombreux virus d’animaux ou d’insectes ont une structure capsidiale
enveloppée. Les bactériophages quant à eux, peuvent être nus, enveloppés
ou bien avoir une membrane à l’intérieur de la capside, enveloppant
ainsi le génome (cas des Tectiviridae).
L'enveloppe joue un rôle
capital dans l’attachement du virus sur la cellule-cible, par
l’entremise de glycoprotéines membranaires spécifiques de récepteurs
cellulaires. Un exemple typique de glycoprotéine membranaire est
l’hémagglutinine glycoprotéine d'enveloppe servant d'anti-récepteur à
certains virus et ayant la capacité au laboratoire de se lier à des
globules rouges, provoquant ainsi leur "agglutination"du virus
Influenza.
L’enveloppe virale permet souvent aussi l’initiation
de l’infection, en permettant la délivrance de la nucléocapside au
niveau du cytoplasme cellulaire. Dans l’autre sens, le bourgeonnement
permet la sortie du virus de la cellule sans provoquer la lyse complète
de celle-ci, en permettant ainsi d’éviter de soumettre l’hôte à une
pression trop élevée.
L‘enveloppe virale est hérissée de
protéines d’origine virale, parfois appelées spiculesdésigne une
protéine protubérante, d'origine virale, et associée à la membrane ou la
capside virale (Figure I.3.6). Certaines d’entre-elles possèdent un
domaine d’ancrage transmembranaire, et sont souvent fortement
glycosylées sur leur extrémité extra-virale. Parfois, le poids de la
glycoprotéine est constitué à plus de 75% d’hydrates de carbone. Ces
protéines constituent généralement des antigènes remarquables, tout en
exerçant plusieurs fonctions : ainsi, l’hémagglutinine sert d’éliciteur
(liaison à un récepteur cellulaire) et permet la fusion membranaire. Les
propriétés de liaison aux hydrates de carbone sont exploitées dans le
test d’hémagglutination
Les enveloppes virales comportent aussi
des protéines de transport membranaires, comprennant plusieurs domaines
hydrophobes transmembranaires. Ces protéines assurent les échanges entre
le virion et l’extérieur et jouent un rôle essentiel dans la maturation
biochimique des particules virales. La protéine M2 du virus Influenza
est un exemple de ce type de protéines
