9•La machinerie virale

9•La machinerie virale

Épisode 9, Covid-19, mai 2020

Le ribosome

Dans la chronique précédente, je vous ai quitté après avoir décrit l’anatomie générale d’un Monsieur Loyal de type virus à ARN simple brin de polarité positive, que l’on retrouve dans tous les coronavirus, le virus de l’hépatite C, le virus du Nil occidental, le virus de la dengue virus, mais aussi dans les rhinovirus qui sont des virus peu pathogènes responsables des rhumes d’hiver. J’en profite pour rappeler que 15-30% des infections virales bénignes de l’hiver sont dues à des coronavirus comme HCov-229E ou HCoV-OC43, découverts en 1966 et 1967 respectivement. Ainsi, la lettre ‘E’ du H-CoV-229E indique que ce type de virus peut être inactivé par l’éther et possède donc une enveloppe huileuse. Les deux lettres ‘OC’ du H-CoV-OC43 indiquent que ces virus peuvent être cultivés dans des organes comme le cerveau des souris. Il faudra attendre 2003 pour que le premier coronavirus vraiment pathogène baptisé SARS-CoV fasse son apparition en Asie, suivi du HCoV-NL63 apparu en Hollande (d’où les deux lettres ‘NL’) en 2004, du HCoV-HKU1 apparu à Hong-Kong (d’où les deux lettres ‘HK’) en 2005 et du MERS-CoV apparu au Moyen-Orient (d’où les deux lettres ‘ME’) en 2012. Le SARS-CoV-2 apparu fin 2019 n’est donc que l’ultime avatar d’une famille qui ne cause des soucis que depuis 2003. Le point commun de tous les coronavirus est qu’ils s’attaquent aux voies respiratoires soit de manière tout-à-fait bénigne, soit au contraire avec des complications sévères pouvant aller jusqu’au décès. Dans cette chronique, nous allons décortiquer le génome du SARS-CoV-2 afin de bien comprendre comment fonctionne la machinerie virale. Comme je l’ai déjà dit, un virus c’est brin d’ARN encapsulé dans un manteau de protéine. Eh bien, il existe dans toute cellule une particule formé de brins d’ARN eux-aussi encapsulés dans une manteau de protéines : le ribosome. En gros un ribosome c’est ni plus ni moins qu’un virus dompté capable de produire une grand nombre de protéines pour le plus grand bien être d’une cellule. Il n’est donc pas exagéré de dire que ce sont les virus à ARN qui ont «inventé» le ribosome. En gros, le ribosome est un ouvrier spécialisé qui reçoit ses instructions de montage d’une protéine via ce que l’on appelle un ARN messager (mARN) qui est un ARN simple brin de polarité positive comme celui contenu dans le génome des coronavirus. Lors de l’infection virale le ribosome présent dans l’eau intracellulaire (cytosol) peut donc recevoir soir l’ARN messager produit par le noyau de la cellule hôte, soit l’ARN viral une fois que ce dernier a été dénudé par retrait de ses protéines capsides. 

Les acides aminés

Pour décoder l’information contenue dans l’ARN simple brin positif reçu, les ribosomes utilisent un dictionnaire bilingue et des ARN dits de transfert, qui associent trois lettres de l’ARN messager, appelés un codon, à un acide aminé de formule générale R-CH(NH2)COOH. Ainsi, muni d’un alphabet à 4 lettres (AGUC) et en lisant les lettres par bloc de trois, on peut a priori coder 43 = 64 acides aminés différents (via la chaîne R variable). En fait la nature n’utilise que 22 acides aminés (notés A, C, D, E, F, G, H, I, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U V, W, Y) sur les 64 possibles. La longue suite de lettres de type ribonucléotide peut ainsi être traduite grâce au ribosome en un longue chaînes d’acides aminés, pouvant aller d’une centaine d’acides aminés jusqu’à plusieurs milliers. Chaque cellule de notre corps contient entre cent milles et dix millions de ribosomes capable de souder entre eux 100 acides aminés en 5 secondes à 37°C. Deux types d’ARN permettent de faire de telles soudures, avec une petite  sous-unité qui contient le site de décodage garantissant la fidélité du transfert d’information et une grosse sous-unité qui possède le fer à souder pour créer une liaison peptidique R-C(O)-NH-R’ à partir d’une fonction acide R-COOH d’un premier acide aminée et d’une fonction amine R’-NH2 d’un autre acide aminé. La soudure se fait avec élimination d’une molécule d’eau tout comme lors de la soudure entre deux nucléotides. Tout comme l’ARN qui lui a donné naissance, une protéine a un sens bien défini ou polarité. Le premier acide aminé de la séquence de la protéine est par convention celui qui possède une extrémité amine libre R-NH2, on parle d’extrémité N-terminale ou de N-terminal. De manière symétrique le dernier acide aminé est celui qui possède une extrémité carboxylate libre R-COOH, on parle de C-terminal. Les protéines correspondent à tous les artistes que l’on peut trouver sur une piste de cirque et qui réalisent leurs numéros sous la houlette de Monsieur Loyal «ADN» dans une cellule saine ou de Monsieur Loyal «ARN» en cas d’infection virale par un virus à ARN. Les artistes ont besoin pour réaliser leur numéros d’accessoires, les principaux étant l’eau et les ions minéraux avec d’autres plus sophistiqués (sucres, lipides, vitamines, petits nucléotides, neurotransmetteurs et petits peptides contenant moins de 100 acides aminés). Pour ce qui concerne le génome du SARS-CoV-2, ce dernier va introduire sur la piste pas moins de 25 artistes trublions qui par leur présence vont semer une belle pagaille. Nous avons déjà parlé de la protéine S qui en s’associant par groupes de trois forme les pointes du coronavirus grâce auxquelles le virus peut se coller aux postes frontières de type ACE2 afin de balancer une protéine missile apte à s’enchâsser dans la couche huileuse qui forme la bordure de la piste. C’est dans la partie qui code pour cette protéine que l’on retrouve une séquence mutante de 12 lettres (CCUCGGCGGGCA) probablement responsable de l’affinité pour les récepteurs ACE2 humains. Pour produire des protéines, le génome viral est structuré en cadres de lecture ouverts (ORF) au moyen de repères qui jalonnent le génome. Le premier cadre (ORF1ab) qui occupe les deux premiers tiers du génome code pour une gigantesque poly-protéine regroupant en un seul bloc pas moins de 16 virtuoses, notés NSP car il s’agit de protéines ne participant à la structure du virion.

L’encodage

Tout d’abord, toute cellule possède des protéines anti-virales qui traquent sans relâche tout morceau d’ARN qui ne proviendrait pas du Monsieur Loyal en titre afin de les éliminer. L’ARN viral doit donc se camoufler pour tromper la vigilance de ces cerbères cytoplasmiques. Le SARS-CoV-2 possède ainsi deux protéines de camouflage : NSP10 et NSP16. Ensuite, il y a un saboteur cellulaire NSP1 qui s’arrange pour que l’ARN messager cellulaire ne soit plus reconnu par le ribosome et accepte en lieu et place l’ARN viral. Les 16 virtuoses NSP étant initialement tous soudés les uns aux autres, il y a les régions NSP3 et NSP5 qui codent pour la fabrique de ciseaux de découpage de la poly-protéine encodée. En prime, le ciseau NSP3 est aussi capable de retirer les différentes étiquettes apposés par la cellule sur ses propres protéines afin de savoir quoi en faire, ce qui dérègle totalement le trafic normal de la cellule hôte. Il ya aussi l’espion NSP9 dont le rôle est de perturber la sortie du noyau des ARN messagers. Afin que la réplication du génome se fasse dans de bonnes conditions, il faut créer des vésicules à double couches lipidiques qui devront être stabilisées par les «athlètes» NSP4 et NSP6. Il y a aussi un petit souci avec le ruban d’ARN du génome qui présente une fâcheuse tendance à s’entortiller comme un fil de téléphone. C’est la raison pour laquelle il existe des ARN double brins, l’un positif et l’autre négatif où la tendance des bases C a se coller aux bases G et la tendance des bases A à se coller aux bases U se trouve naturellement satisfaite. Dans un simple brin, cette attraction mutuelle spontanée se fait entre parties plus ou moins éloignées d’un même brin, d’où la présence d’une désentortilleur en chef NSP13. Pour ce qui concerne RpRd, le photocopieur à ARN, il se trouve encodé dans les régions NSP11-NSP12 avec deux assistants monteurs NSP7 et NSP8 et un assistant correcteur d’erreur NSP14. Reste les deux dernières régions du cadre ORF1ab, NSP15 qui est le balayeur de service qui nettoie tous les ratés du photocopieur et la très mystérieuse région NSP2 dont personne ne sait exactement à quoi elle peut bien servir.

Le dernier tiers du génome encode les protéines responsables de l’assemblage du virion infectieux et de sa sortie de la cellule hôte. Il y a donc le cadre ORF2 qui encode pour la protéine de surface S en coopération avec le cadre ORF5 qui encode pour une autre protéine dite ‘M’ (pour membrane) qui régule la courbure de l’enveloppe et donc la densité en surface de la protéine S. Le cadre ORF4 encode pour sa part une viroporine aussi présente dans l’enveloppe aux côtés des protéines S et M. Cette protéine E est un canal à ions calcium qui pousse une cellule à se suicider (apoptose) lorsqu’elle se trouve insérée dans une membrane lipidique. Leurs cibles principales sont les cellules de type T du système immunitaire (lymphocytes T) qui sont aptes à réparer et détruire les virions du SARS-CoV-2. Toujours en relation avec le système immunitaire, il y a aussi le cadre ORF6 qui encode une protéine bloquant les signaux de détresse que pourrait envoyer la cellule infectée. Les cadres ORF3a et ORF7a encodent des protéines facilitant la sortie du virus, le premier en créant un canal de sortie dans la membrane lipidique et le second une protéine apte à neutraliser de la tétherine, protéine de la cellule hôte qui patrouille en surface à la recherche d’éventuels virus en train de bourgeonner. En prime cette dernière protéine facilite le suicide de la cellule hôte lors de la sortie du virion. Parmi, les derniers cadres, on trouve ORF8 qui est la signature spécifique du SARS-CoV-2 et ORF9 qui encode pour la protéine ‘N’ (nucléocapside) qui habille et protège le Mr Loyal viral. Reste le petit dernier ORF10 qui code pour une toute petite protéine (38 acides aminés seulement) dont personne ne sait encore exactement à quoi elle sert.

Voilà, j’espère que vous avez une vision assez claire de la manière dont le SARS-CoV-2 infecte une cellule, bloque les messages de la cellule hôte à destination du ribosome au profit de ses propres messages, et après multiplication s’échappe en toute impunité en obligeant la cellule hôte à se suicider après son départ. Dans la prochaine chronique, on verre comment le système immunitaire de la personne infectée réagit pour tenter de contrer la propagation du virus.

Par Marc HENRY


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