Structure de la particule virale

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.