Expression génique virale et synthèse des protéines

Une fois qu'un génome viral est à l'intérieur de la cellule, le virus doit produire de l'ARN messager et le traduire en protéines. La manière dont il y parvient dépend du type de génome : certains virus sont lus directement par les ribosomes de l'hôte, d'autres doivent d'abord être transcrits, et beaucoup apportent leurs propres enzymes pour fabriquer et modifier leur ARNm. Étant donné que les virus sont dépourvus de ribosomes, ils dépendent tous, en fin de compte, de la machinerie de traduction de l'hôte.

Definition

L'expression génique virale est la production régulée d'ARN messager et de protéines virales, englobant la transcription ou d'autres voies vers l'ARNm, la modification de l'ARNm et la traduction des protéines virales sur les ribosomes de l'hôte.

Scope

Ce sujet couvre la production d'ARNm viral (transcription, si nécessaire), les modifications telles que la coiffe (capping) qui permettent à l'ARNm d'être reconnu par la cellule, le programme temporel de l'expression des gènes précoces et tardifs, et la traduction des protéines virales sur les ribosomes de l'hôte, y compris les stratégies qui permettent à l'ARNm viral de concurrencer les messages cellulaires. Il s'agit de matériel de référence et éducatif, et non de conseils cliniques.

Core questions

• Comment un virus fabrique-t-il de l'ARN messager que les ribosomes de l'hôte reconnaîtront et traduiront ?
• Comment l'expression génique virale est-elle ordonnée dans le temps en phases précoces et tardives ?
• Comment les virus redirigent-ils la machinerie de traduction de l'hôte vers leurs propres messages ?

Key concepts

• Le type de génome comme déterminant de la voie vers l'ARNm
• Les ARN polymérases codées par les virus
• La coiffe de l'ARNm et sa reconnaissance par la machinerie de traduction
• Programme temporel : expression des gènes précoces (régulateurs) et tardifs (structurels)
• Traduction dépendante de la coiffe et sites d'entrée interne du ribosome (IRES)
• Arrêt de l'hôte et compétition pour les ribosomes
• Traitement des polyprotéines par les protéases virales

Mechanisms

La voie vers l'ARN messager est déterminée par le génome. L'ARN à brin positif peut être traduit directement ; les virus à ARN à brin négatif et à ARN double brin transportent leur propre polymérase pour transcrire l'ARNm ; les virus à ADN sont généralement transcrits par des polymérases de l'hôte ou virales ; et les rétrovirus intègrent une copie d'ADN qui est ensuite transcrite. Pour être traduits efficacement, les ARNm viraux nécessitent généralement une coiffe 5' et d'autres caractéristiques reconnues par la cellule, et de nombreux virus codent ou empruntent les enzymes qui ajoutent une coiffe, parfois par une chimie non conventionnelle. L'expression est typiquement ordonnée dans le temps, les gènes précoces codant des protéines régulatrices et de réplication, et les gènes tardifs codant des composants structurels. La traduction se produit sur les ribosomes de l'hôte par les mêmes étapes d'élongation, de terminaison et de recyclage utilisées pour les messages cellulaires, et les virus déploient des stratégies – sites d'entrée interne du ribosome (IRES), suppression de la traduction de l'hôte ou traitement des polyprotéines – pour s'assurer que leurs protéines sont fabriquées.

Clinical relevance

Les enzymes d'expression génique spécifiques aux virus, telles que les polymérases et les enzymes de coiffage, sont distinctes de leurs équivalents chez l'hôte et sont donc des cibles pour les médicaments antiviraux. Cette entrée décrit la biologie moléculaire sous-jacente 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 les soins individuels aux patients.

History

La reconnaissance dans les années 1970 que différents virus atteignent l'exigence commune de fabriquer de l'ARNm par différentes voies a étayé la classification de Baltimore et a encadré l'étude de l'expression génique virale. Des travaux moléculaires ultérieurs ont caractérisé les polymérases et les enzymes de coiffage codées par les virus, défini le programme temporel précoce-tardif de nombreux virus, et découvert la traduction indépendante de la coiffe par l'entrée interne du ribosome, révélant comment les virus réquisitionnent la machinerie de synthèse protéique de l'hôte.

Key figures

• David Baltimore
• Bruno Canard
• Thomas Dever
• Rachel Green

Seminal works

• decroly-2012
• dever-green-2012

Frequently asked questions

Pourquoi certains virus transportent-ils leur propre polymérase dans la cellule ?

Les cellules hôtes ne peuvent pas transcrire certains génomes viraux – par exemple l'ARN à brin négatif ou l'ARN double brin – de sorte que ces virus encapsulent une polymérase dans le virion pour fabriquer les premiers ARN messagers une fois qu'ils pénètrent dans la cellule.

Si les virus sont dépourvus de ribosomes, comment leurs protéines sont-elles fabriquées ?

Chaque virus dépend des ribosomes de la cellule hôte pour traduire son ARN messager ; les virus fournissent l'ARNm et souvent des stratégies pour le favoriser, mais la synthèse des protéines elle-même est effectuée par la cellule.