Réplication virale et synthèse des acides nucléiques

Au cœur du cycle de réplication, le virus copie son génome afin de produire l'acide nucléique qui sera encapsidé dans les virions progénitures. La chimie de cette étape – et son lieu de déroulement dans la cellule – est déterminée par le type de génome. De nombreux virus construisent des compartiments de réplication dédiés, associés à des membranes, pour l'exécuter efficacement et hors de portée des défenses de l'hôte.

Definition

La réplication du génome viral est la synthèse de nouvelles copies de l'acide nucléique viral, réalisée par des polymérases virales et/ou de l'hôte selon le type de génome, généralement au sein de complexes de réplication spécialisés.

Scope

Ce sujet couvre la synthèse de nouveaux génomes viraux : les enzymes qui copient les génomes d'ADN et d'ARN, les stratégies distinctes des principales classes de génomes, la transcription inverse, et les complexes ou usines de réplication liés aux membranes que de nombreux virus assemblent. Il s'agit d'un traitement de référence et éducatif, et non d'une orientation clinique.

Core questions

• Comment chaque classe de génome – ADN, ARN simple brin de polarité positive et négative, ARN double brin, rétroviral – copie-t-elle son génome ?
• Pourquoi de nombreux virus à ARN construisent-ils des usines de réplication associées aux membranes ?
• Où la réplication du génome a-t-elle lieu dans la cellule, et comment est-elle coordonnée avec l'expression génique et l'assemblage ?

Key concepts

• Classe de génome et stratégie de réplication
• ARN polymérase ARN-dépendante
• Transcription inverse et intégration (rétrovirus)
• Matrice et intermédiaires réplicatifs
• Complexes de réplication associés aux membranes (usines de réplication)
• Compartimentalisation à l'écart des capteurs de l'hôte
• Faible fidélité et taux de mutation élevé de la réplication de l'ARN

Mechanisms

La réplication du génome dépend du type de génome. Les virus à ADN copient leurs génomes à l'aide de polymérases d'ADN virales ou de l'hôte, souvent dans le noyau. Les virus à ARN simple brin de polarité positive et négative utilisent une ARN polymérase ARN-dépendante encodée par le virus, générant des intermédiaires réplicatifs de polarité opposée. Les virus à ARN double brin se répliquent au sein de particules subvirales. Les rétrovirus rétrotranscrivent leur ARN en ADN qui s'intègre dans le chromosome de l'hôte. Un thème récurrent, en particulier chez les virus à ARN simple brin de polarité positive, est le remodelage des membranes de l'hôte en compartiments – diversement appelés complexes ou usines de réplication – qui concentrent la machinerie de réplication, organisent les étapes dans l'espace et protègent l'acide nucléique viral des capteurs cytoplasmiques du système immunitaire inné. La réplication de l'ARN est généralement sujette aux erreurs, ce qui confère aux virus à ARN des taux de mutation élevés et une évolution rapide.

Clinical relevance

Les enzymes de réplication du génome, telles que les ARN polymérases ARN-dépendantes et les transcriptases inverses, sont des cibles majeures de la thérapie antivirale car elles diffèrent des enzymes de l'hôte. Cette entrée décrit cette biologie à un niveau conceptuel à des fins de référence et d'éducation ; elle ne constitue pas une base pour la prescription, la sélection de médicaments ou la gestion des patients.

History

La découverte de la transcriptase inverse dans les années 1970 a remis en question l'hypothèse selon laquelle l'information génétique ne circule que de l'ADN vers l'ARN et a expliqué la réplication rétrovirale. Parallèlement, les travaux sur les ARN polymérases ARN-dépendantes ont établi comment les génomes d'ARN sont copiés, et des études ultérieures en biologie cellulaire ont révélé que divers virus remodèlent les membranes de l'hôte en compartiments de réplication de type organite, offrant une compréhension unificatrice de l'endroit et de la manière dont la synthèse du génome est organisée au sein de la cellule infectée.

Key figures

• Paul Ahlquist
• David Baltimore
• Howard Temin
• Renato Dulbecco

Seminal works

• denboon-ahlquist-2010
• miller-krijnselocker-2008

Frequently asked questions

Pourquoi les virus à ARN mutent-ils si rapidement ?

Les ARN polymérases ARN-dépendantes qui copient la plupart des génomes d'ARN manquent généralement d'une relecture efficace, de sorte que la réplication est sujette aux erreurs ; le taux de mutation élevé qui en résulte permet aux virus à ARN d'évoluer rapidement, par exemple pour échapper à l'immunité ou résister aux médicaments.

Qu'est-ce qu'une usine de réplication virale ?

De nombreux virus, en particulier les virus à ARN simple brin de polarité positive, réorganisent les membranes des cellules hôtes en compartiments spécialisés qui concentrent la machinerie de réplication et aident à dissimuler l'acide nucléique viral nouvellement synthétisé aux capteurs immunitaires innés de la cellule.