Problème 8: Infection par le VIH

==Vignette clinique==
*Homme de 34 ans, consulte pour fatigue récente et plaques blanches à l'intérieur de la joue
*Hémogramme: lymphopénie modérée, nombre de CD4+ fortement diminué
*Le patient a eu des contacts homosexuels non-protégés il y a huit ans
*depuis il a eu des contacts non protégés avec sa femme
*Test VIH: positif pour lui, négatif pour sa femme
*Traitement: chimio-prophylaxie contre les infections opportunistes et trithérapie (deux inhibiteurs de la RT + un anti-protéase)
==Introduction au HIV==
====Histoire====
*Le HIV a été transmis à l'homme par le singe (zoonose)
*Observé en 1980 à Los Angeles, dans une population homosexuelle
*La maladie se propage, touchant les homosexuels, les drogués, les hémophiles et les petits enfants
*la transmission semblait être due au contact sexuel, exposition à du sang contaminé et verticalement de mère à enfant
*Virus isolé en 1983, identifié comme un Retrovirus
*ces 20 dernières années, 25milions de morts du VIH
====Famille des retrovirus====
*Virus enveloppés
*simple brin d'ARN+
*Retrotranscription de l'ARN en double brin d'ADN
*incorporation de l'ADN dans les chromosomes de l'hôte
*le provirus qui en résulte sert de base pour la suite du programme (formation de nouvelles particules virales). Il peut avoir un rôle oncogène grâce à leurs promoteurs p.ex.
*Parfois, des retrovirus infectent des cellules germinales, et sont donc incorporés dans l'héritage génétique. Ils ne peuvent en général pas se répliquer.  Ces retrovirus "endogènes" jouent un rôle important dans l'évolution car ils promeuvent la recombinaison génomique (et 8% du génome humain est constitué de rétrovirus endogènes ou de leurs restes). La plupart sont silencieux (mais certains codent des protéines dont certaines sont nécessaires à notre survie). 
*HIV-1 et HIV-2 (HIV-1 vient des chimpanzés et le HIV-2 vient des mangabé -singe): propriétés très semblables mais pas identiques. Ici on parle du HIV-1 (qui est celui qui a envahi la planète).  
====Sous-famille des lentivirus====
*HIV fait partie des lentivirus
*ces rétrovirus provoquent des maladies qui se développent lentement (au lieu des tumeurs rapidement progressives des oncoretrovirus)
*Ils sont génétiquement plus complexes (ils contiennent plus de cadre de lecture)
==Virion du HIV==
====Particule du virion====
*enveloppée (membrane dérivée de la membrane plasmatique)
*glycoprotéine de surface (SU = gp120), liée à la protéine transmembranaire (TM = gp41)
*protéine de matrice (MA) sous l'enveloppe = coque
*Capside (CA = core protéique)
*Protease (PR) pour cliver la polyprotéine GAG-POL et la polyprotéine GAG en protéines du virus
*Reverse Transcriptase (RT)
*Integrase (IN)
*protéines accessoires (Vpr, Nef)
*protéine Nucléocapside (NC)
*Sensible, comme les autres virus enveloppés à la chaleur, aux détergents, à la dessication et au formaldéhyde.
*On trouve aussi des MHC I et II qui jouent un rôle dans le cycle de multiplication (contaminants)
====Génome viral====
*constitué de deux simples brins d'ARN+ identiques
*Il est comme les ARNm normaux (coiffe, queue polyA), mais il n'est pas accessible aux ribosomes, car il est dans la capside. 
*chaque brin est couplé à un ARNt, servant de primer pour la Reverse Transcription
*la présence de deux brins permet la recombinaison (émergence de variants) - les deux ARN servent à former un seul ADN double brin. 
*la region terminale cis-acting des ARN (à chaque extrémité) n'est pas codante, elle permet les mécanismes de RT, intégration, expression, et polyA. Lorsque le virus est intégré, ces régions se font dupliquer, donnant les longues terminaisons répétées (LTRs), dont les séquences régulent l'expression des gènes viraux au niveau transcriptionnel et post-transcription. Les séquences codantes se trouvent entre les LTRs.
*les gènes gag, pol et env sont essentiels pour la réplication (tous les rétrovirus). Ils codent pour des protéines de structure (gag), pour des enzymes absente de l'hôte, la protéase, la réverse transcriptase et l'intégrase (pol) et pour les glycoprotéines de surface responsables de la liaison sur le récepteur (env)
*En plus de cela, le HIV code pour des protéines régulatrices:
**Tat: transactivateur transcriptionnel, promeut l'élongation des ARN naissants viraux (via liaison sur TAR)
**Rev: regulator of virion gene expression, facilite l'export cytoplasmique des ARNm viraux (via liaison sur RRE)
*Finalement, le HIV code pour des protéines accessoires: Nef (negative effector), Vif (viral infectivity factor), Vpr et Vpu (viral protein r et u), facteurs infectieux et facteurs de virulence.
====Reverse-transcription (région non codante cis-acting)====
*en 5' il y a la région R répétée, suivie de U5 (U5 sert pour l'intégration du provirus U5 = séquence de polyadénylation, mais que la polymérase ne voit pas au début de la transcription car la polymérase change de forme après avoir transcrit un certain nombre de nucléotides, ce qui permet de seulement reconnaitre U5 à la fin)
*on retrouve cette même région R en 3', précédée de U3 (qui sert à l'intégration et l'expression de gènes viraux U3 = promoteur)
*La reverse-transcription crée un provirus, avec une séquence U5 dupliquée à la fin, et une séquence U3 dupliquée au début
*ces deux séquences servant de promoteur et de terminaison (polyA), elles seront perdues lors de la transcription, et le génome viral ARN transcrit sera donc le même qu'initialement
*la RT est une ADN polymérase ARN dépendante pour synthétiser le brin d'ADN, puis ADN dépendante pour synthétiser l'autre brin.
*Les séquences R contiennent des signaux reconnus par la machinerie cellulaire et nécessaires à la transcription et la polyadénylation.
*Le primer binding site (PBS) sert d'ancrage au tRNA qui sert de primer pour la transcription reverse.
*La région psi sert à l'encapisidation
*La région polypirome tract (cPPt et dPPT) sert de primer pour la synthèse du brin + d'ADN durant la transciption reverse
*La région Rev responsive element (RRE) permet l'export nucléaire de certaines protéines virales
====Diversité du HIV====
*Un seul ARNm produit mais: épissages alternatifs pour exploiter les 15 cadres de lectures ouverts (qui se chevauchent)
*polyprotéine (gag est une polyprotéine p.ex)
*Ribosomal frameshift (qui peut faire gag-pol au lieu de gag)
==Cycle du HIV==
====Entrée====
*L'infection se fait par échanges de fluides
*Le virus infecte principalement les lymphocytes T CD4+, mais aussi les DC, les macrophages et la microglie
*Récepteur = CD4
*Co-récepteur = récepteurs aux chémokines (CXCR4 pour les T, CCR5 pour T+DC+MAC)
*les primo-infections se font sur le CCR5. puis il y a un changement de tropisme, qui passe au CXCR4 (= sur les cellules T activées), associé aux symptomes du SIDA
*13% des Nords Européens (1% des caucasiens) possèdent une délétion dans le co-récepteur CCR5, les rendant résistants aux infections au HIV
*une fois lié au récepteur, les membranes fusionnent et leur core est relâché dans le cytoplasme (génome virales, enzymes nécessaires à la réplication et protéines structurelles)
*Dans les DC submucosales, il n'y a pas changement de conformation et fusion, mais internalisation du virus dans une vésicule (à cause de la structure d'attachement DC-SIGN). Le virus se fait ensuite présenter dans les ganglions lymphatiques à des cellules, ce qui accélère sa propagation (effet cheval de troie)
====Reverse transcription et integration====
*La RT se fait alors que l'ARN est encore dans la capside. Ceci forme une molécule d'ADN double brin à partir des deux bouts d'ARN.
*La reverse transcription se fait à partir du primer tRNA qui s'attache sur le PBS. Le génome ARN + est utilisé comme matrice pour le brin ADN -. A ce moment, l'ARN est digéré par une RNaseH (sauf la séquence PPT qui sert de primer pour la synthèse du brin ADN+). Grâce aux séquences répétées, le génome naissant peut sauter du bout 5'ARN au bout 3'ARN. Ensuite commence la synthèse du brin ADN+ avec le brin ADN- comme matrice. Finalement, le tARN et le PPT se font digérer et il ne reste plus que l'ADN. 
*La RT fait des erreurs (10^4), à peu près une mutation par copie
*De plus, des événements de recombinaisons entre différents sous types se produisent à cette étape
*pour le virus HIV-1, il existe 9 sous-types  (A,B,C, etc.) qui peuvent se recombiner (ils ont des différences de 10-30%). Ainsi, dans un patient, les virus ont des différences génétiques de 5-10% (et la différence est de 10-20% pour les personnes infectées par le même sous-type et de 20-45% pour les personnes infectées avec des sous-types différents).
*Durant la RT, le complexe nucléoprotéique viral est transporté activement au noyau (via les microtubules).
*Le cDNA (complementary DNA) du virus atteint le noyau grâce aux protéines virales qui piratent les pores (IN, MA et Vpr)
*le cDNA transporte avec lui l'Intégrase, et se fait donc incorporer dans les chromosomes de l'hôte (avec une préférence pour les gènes actifs)
==== Expression ====
*une fois intégré, le provirus fonctionne comme un simple gène cellulaire (et donc utilise la machinerie de l'hôte)
*un ARN transcrit est produit qui subira un épissage alternatif
*Les premiers ARN transcrits ne sont pas complets car l'élongation est déficiente mais permettent d'assembler un complexe transcriptionnel fonctionnel.
*Les LTR fonctionnent comme les autres promoteurs eucaryotes.
*les protéines précoces (Tat, Rev, Nef) ont des fonctions de régulation et sont très épissés
*les protéines tardives sont structurelles et enzymatiques ou des facteurs d'infectivité et sont pas/peu épissés (et sont transportés plus tardivement dans le cytoplasme)
*C'est Rev qui fait le passage lorsque son seuil est atteint entre protéines précoces et tardives en permettant l'export nucléaire des protéines tardives.
*Les protéines Gag et Pol sont exprimées par des transcrits primaires non épissés par des cadres de lecture se chevauchant. Dans 95% des cas, la traduction commence au AUG de Gag et finit au stop de Gag. Cependant, dans 5% des cas, il y a un ribosomal frameshift qui permet de continuer la traduction dans le cadre de lecture de Pol, ce qui génère un précurseur Gag-Pol. Il y a 20:1 Gag:Gag-pol.
*La latence du virus peut être due à son milieu (gènes non actifs, mais surtout cellule non active) ou à un absence d'activateurs ou de Tat (augmente la vitesse de l'expression).
====Assemblage et bourgeonnement====
*Les protéines de structures sont produites de Gag (et les protéines membranaires de Env) et les protéines enzymatique de Pol. Elles traversent le cytoplasme jusqu'à la membrane 
*au niveau de la membrane, les polyprotéines s'assemblent à des endroits avec beaucoup de cholestérol (grâce à Gag en particulier = MA et P6 en particulier reconnaissent la membrane). 
*c'est la procession de Gag et Gag-pol par la protéase virale qui permet de rende la particule mature et infectieuse (ceci se fait dans la particule virale). 
*les virions (auxquels sont ajoutés des protéines virales accessoires comme Nef et Vpr et des composants cellulaires comme MHC I et II) sont ensuite relâchés par bourgeonnement
*la protéine NEF diminue le nombre de CD4 à la surface, pour faciliter le bourgeonnement, diminue le CMH classe I (mais pas les CMH inhibiteurs), inhibition de l'apoptose sur les cellules infectées, expression de FasL pour apoptoser les autres cellules (en particulier les CD8 dirigés contre lui qui ont le FasR).
*Vpr permet de mettre la cellule au repos 
==Pathogènèse==
====Primo-infection (séroconversion)====
*le virus HIV se fait internaliser par les DC dans les organes génitaux, par le récepteur DC-SIGN
*les DC transportent le virus dans les noeuds lymphatique, ou il infecte les lymphocytes
*le virus se dissémine rapidement dans le sang, et dans les organes
*lors de cette virémie, les patients deviennent symptomatiques, avec la fièvre, pharyngite, lésions de la peau et polyadénopathies
*la primo-infection (= syndrome rétroviral aigu, syndrome de séro-conversion) reste au maximum quelques semaines (self-limited)
*elle est stoppée par la création d'anticorps contre HIV et de cellules T cytotoxiques dirigées contre les cellules infectées
*la virémie diminue dratiquement, et atteint un plateau basal (plus ce niveau est haut, plus le développement de du SIDA sera rapide). 
====Destruction des CD4====
*lors de la primo-infection, le virus infecte et détruit massivement les cellules T mémoire CD4+ CCR5+ (alors que les cellules T naïves n'ont pas forcément le CCR5) se trouvant au niveau de la muqueuse intestinale
*c'est donc au niveau des muqueuses que la défense sera la plus faible (et qu'il y aura le plus de réplication virale et de persistance)
*Il y a donc perte des cellules mémoires contre le HIV, mais aussi contre les autres pathogènes
*c'est donc au moment de la primo-infection que la déplétion en cellule T se fait, même si les symptomes du SIDA apparaissent beaucoup plus tard, après un essai vain de compenser la perte de ces cellules
*il est donc primordial de traiter le plus tôt possible, pour préserver le pool de cellules T mémoires.
====Latence clinique====
*Après la diminution en CD4 qui accompagne la primo-infection, les niveaux remontent un peu, mais jamais autant qu'avant
*Ensuite, lors de l'infection chronique, les niveaux tombent de plus en plus bas (vitesse très variable suivant les individus)
*En général la période d'incubation entre la primo-infection et le SIDA est de 10ans
*pendant ce temps, la latence n'est que clinique. En réalité il y a un combat féroce, perpetuel, entre le virus et le système immunitaire
*ce combat intensif n'est pas sans effets (vieillissement acceleré)
*plus on l'attrape vieux, plus la progression de la maladie sera rapide (sauf si on est infecté en néonatal, ou la maladie progresse très vite).
*les patients avec certains HLA vont mieux s'en sortir. Ces HLA reconaissent des épitopes qui sont plus difficiles à muter pour le virus
*Le virus induit une diminution de l'expression des HLA dans les cellules infectées, pour devenir invisible (il ne diminue pas les HLA-C et HLA-E, qui sont des inhibiteurs des NK)
*HIV est aussi capable d'induire l'apoptose dans les cellules non infectées, tout en inhibant l'apoptose dans les cellules qu'il infecte
====AIDS====
*Quand le niveau de CD4 tombe trop bas (sous les 200), le SIDA commence à apparaitre (car ils sont critiques pour le développement de cellules T cytotoxiques spécifiques et pour la production d'anticorps). Ceci est en moyenne 10ans après l'infection. Les symptomes sont assez spécifiques
*Pneumonie à pneumocystis carinii (contre qui ont donne une prophylaxie) 
*Sarcome de Kaposi
*Lymphomes
*Autres infections opportunistes (ou nouvelles infections) et réactivation de virus, de champignons ou de bactérie (moins spécifiques)
====Traitement====
*Trithérapie (2 inhibiteurs des RT, 1 anti-protéase)
*Le traitement doit être correctement suivi, sinon des résistances apparaissent rapidement (mais les résistances diminuent parfois le fitness du virus). Il y a une mémoire des résistances dans les virus déjà insérés dans les chromosomes. 
*le virus persiste dans un réservoir (lymphocytes dormants) qui reste inaccessible au traitement, mais il y n'y a pas une très grande charge virale, ainsi la quasi-espèce n'est pas très grande, ce qui rend l'apparition d'une résistance très difficile
*effets secondaires à long terme, lipodystrophie
*5 classes de médicaments
**Nucleoside reverse transcriptase inhibitors (terminateurs de l'élongation)
**Non-nucleoside revers transcriptase inhibitors (bloquent l'activité catalytique de la transcriptase reverse)
**Inhibiteurs de la protéase (bloquent l'activité catalytique de la protéase)
**Inhibiteurs de l'entrée/fusion (surtout visant CCR5)
**Inhibiteurs de l'intégrase (utilisé surtout pour les patients mutli-résistants car il n'y a pas de cross-résistance avec les autres médicaments anti HIV)
**Le choix du traitement dépend des interactions, de l'intervalle de dosage, de la préservation d'options thérapeutiques futures, de grossesse etc
**On essaie de donner les médicaments 1x/j en une seule pilule. 
*Le traitement est indiqué pour les patients avec un HIV symptomatique (peu importe sa charge virale et son compte CD4). On essaie de commencer le plus tôt possible car la personne n'est pas contagieuse si son niveau de virémie est indétectable, et la sélection de mutants sera plus difficile. De plus, la reconstruction du système immunitaire est plus complète.Finalement, il y a moins d'effets secondaires lorsque le patient est en bonne santé.
*Le traitement permet une espérance de vie normale 
*La thérapie génique est un possibilité de traitement curatif en étude
*Vaccin: on n'en a pas, mais ça serait super si on en avait un.
====Facteurs de virulence (et de persistance)====
*Latence provirale = latence dans le génome de l'hôte sous forme d'ADN intégré, surtout dans les cellules CD4 au repos car les facteurs de transcription de sont pas présentes (≠ latence clinique où le système immunitaire arrive encore à se défendre)
*Le virus évite de tuer trop rapidement les cellules hôtes
*Infection de sanctuaires immunologiques (cellules de la microglie du système nerveux central et dans les cellules T au repos où il peut être latent). 
*Mutation des protéines de surface
*Glycosylation massive des protéines de surface
*Camouflage (cf NEF= moins de CMH I activateurs mais maintien des HLA C et E pour éviter de se faire tuer par les NK, pas d'apoptose, apoptose des autres cellules, moins de CD4)
==Epidémiologie==
*L'Afrique sub-sahariene reste l'épicentre du HIV, avec 3-4mio d'infections par année, et 30mio de personnes infectées. 10mio sont déjà morts de l'infection
*En suisse c'est plus d'une centaine de nouveaux cas par année
*La majorité des infections proviennent de contact sexuel (et dépend du niveau de virémie et de facteurs génitaux locaux, notamment une autre MST augmente fortement le risque de transmission). Le risque de transmission après se piquer avec une aiguille infectée est de 0.3% max (sans gants, lors de patient non traité).
*La prévention a fait des progrès (aiguilles propres pour les utilisateurs de drogue IV, traitement anti-rétroviral chez les femmes enceintes, transfusions de sang, préservatifs)
==Diagnostic==
====diagnostic initial====
*détection d'anticorps anti-HIV dans le sérum ou le plasma, qui apparaissent quelques semaines après l'infection (un peu avant ou après les symptômes rétroviraux - 5% en 7j, 50% en 20j et 95% en 90j). 
*spécificité et sensibilité = 99%
*la PCR est le test le plus précoce (lors de suspicion importante ou de confirmation)
*il y a aussi le test de l'antigène (détection de la capside), qu'on peut détecter quelques jours avant les anticorps. 
====observation====
*on compare l'infection à un train en marche qui se dirige vers une catastrophe, à une certaine vitesse
*on mesure la quantité de génome de HIV dans le plasma (= virémie) par PCR ce qui permet le pronostic à long terme. Idéalement, après 6 mois de traitement antirétroviral, tous les patients devraient avoir <50 copies d'ARN-HIV/mL de sang ce qui signifie qu'ils ne sont pas infectieux. 
*la mesure de la quantité de LT CD4+ est un bon témoin de la progression de la maladie à court terme. Si le nombre de LT CD4+ est >200 /mL de sang, le système immunitaire est efficace et il n'y a pas d'apparition d'infections opportunistes ni de tumeurs.