ANTIVIRAUX ET INTERFERONS


LES ANTIVIRAUX


La thérapeutique antivirale progresse avec lenteur car elle s'attaque à des micro-organismes ne se multipliant qu'à l'intérieur des cellules vivantes dont ils détournent le métabolisme à leur profit.

La chimiothérapie antivirale se heurte donc à plusieurs obstacles :

Toutefois les connaissances acquises depuis vingt ans dans les mécanismes moléculaires des cycles de multiplication des virus ont fait apparaître des cibles plus spécifiques. Plusieurs étapes du cycle peuvent être concernées :

- Fixation, pénétration, décapsidation

La seule thérapeutique actuellement utilisée à cette étape est la rimantadine, qui s'oppose à la décapsidation du virus Influenza A : en augmentant le pH de la vacuole d'endocytose, elle empêche la fusion de l'enveloppe virale avec la membrane cellulaire.

On a découvert depuis peu les récepteurs cellulaires de plusieurs virus : la molécule CD4 pour les VIH, la molécule CD21 (ou CR2 - récepteur de C3b) pour le VEB, la molécule ICAM-1 (intercellular adhesion molecule) pour les rhinovirus. On peut espérer trouver des
molécules qui bloquent spécifiquement les interactions entre ligand viral et récepteur cellulaire.

- Synthèse des ARN messagers (ARNm)

Certains virus codent leur propre ARN polymérase, d'autres codent les enzymes nécessaires à la création de la "coiffe" en 5'. Bien qu'analogues aux enzymes cellulaires dans leurs fonctions, ces protéines virales peuvent constituer des cibles pour une thérapeutique antivirale.

- Traduction des ARN messagers

La traduction des ARN messagers viraux diffère de celle des ARN messagers cellulaires. En effet, alors que la traduction des ARNm cellulaires s'arrête, celle des ARNm viraux est florissante. Quel est le mécanisme, sans doute d'origine virale, qui permet une reconnaissance spécifique des ARN messagers viraux par la cellule ? Sa connaissance pourrait déboucher sur une thérapeutique.

- Réplication de l'acide nucléique viral

La plupart des antiviraux actuels agissent sur la réplication proprement dite. La réplication du génome utilise parfois des enzymes d'origine virale qu'on ne trouve donc qu'à l'intérieur des cellules infectées. C'est le cas de tous les virus à ARN, en particulier le VIH qui utilise une transcriptase. C'est aussi le cas des "gros" virus à ADN : les herpesvirus ainsi que les adenovirus.

- Intégration du génome viral dans le génome cellulaire

Certains virus insèrent leur génome dans celui de la cellule-hôte. Cette insertion peut constituer une étape obligatoire de leur cycle de multiplication, comme dans le cas des rétrovirus. Elle peut être nécessaire à la transformation de la cellule dans le cas des papillomavirus, des herpesvirus ou du virus de l'hépatite B. Certains virus utilisent des enzymes de la cellule-hôte mais d'autres, les rétrovirus en particulier, codent une intégrase qui peut constituer une cible pour une thérapeutique antivirale.

- Morphogénèse virale

De nombreuses protéines virales sont synthétisées sous la forme de précurseurs géants qui sont ensuite découpés en protéines de structure ou en enzymes par une protéase virale. Les inhibiteurs des protéases virales empêchent l'assemblage et la maturation des virions et la cellule infectée ne produit plus que des virions défectifs.
 

CIBLES ET MOLÉCULES
ETAPE
CIBLE
MOLÉCULE(S) UTILISÉE(S)
 
Fixation / Décapsidation Récepteurs cellulaires Analogues de récepteurs viraux  
Transcription du génome viral Transcriptase virale Inhibiteurs de la transcriptase

oligonucléotides antisens

*
Régulation de la transcription Protéines de régulation Inhibiteurs de la protéine Tat (VIH)
*
Montage des ARN transcrits cibles variées Ribavirine
*
Traduction des ARNm ARN-m Interférons

oligonucléotides antisens

*
Réplication de l'ADN ADN polymérase virale Acyclovir (Zoviraxâ)
*
Réplication de l'ARN ARN-polymérase virale Inhibiteurs de la ARN-polymérase  
Transcription réverse Transcriptase réverse (RT) Zidovudine (Rétrovirâ)
*
Fragmentation des polyprotéines Protéase virale Inhibiteurs des protéases  
Assemblage des virions Protéines de matrice Inhibiteurs des protéases
*
* molécules disponibles ou en cours d'expérimentation

Avcibles.gif (429507 octets)

INHIBITEURS DE L'ADN-POLYMÉRASE VIRALE

Les inhibiteurs des ADN polymérases virales constituent à l'heure actuelle la famille d'agents antiviraux la plus importante.

La majorité des virus à ADN - exception faite des papovavirus et des parvovirus - et les rétrovirus ont des ADN polymérases propres, distinctes des ADN polymérases cellulaires.

Ces enzymes assurent la synthèse de l'ADN à partir d'une matrice d'ADN (ou d'ARN pour les rétrovirus). Les substrats de ces enzymes sont les désoxynucléotides-triphosphates (nucléotides des quatre bases : Adénine = dATP ; Thymine = dTTP ; Cytosine = dCTP et Guanine = dGTP). La chaîne d'ADN en cours de synthèse s'allonge par l'addition de déoxynucléotides-monophosphates unis entre eux par des liaisons phosphodiesters. L'énergie nécessaire à la création de la liaison provient de l'hydrolyse du nucléotide triphosphate et la formation d'un résidu pyrophosphate :

1° - LES ANALOGUES ACTIFS SUR LES VIRUS A ADN

La plupart des antiviraux utilisés actuellement sont des analogues de nucléosides. La majorité d'entre eux sont exclusivement actifs sur les virus appartenant à la famille des Herpesviridae.

Les analogues utilisés présentent le plus souvent des modifications du sucre lié à la base, le désoxyribose :

Les analogues de nucléosides pénètrent dans la cellule où il sont triphosphorylés par des kinases. Il s'agit donc de "prodrogues" puisqu'ils sont préalablement transformés en principe actif dans la cellule.

Après leur triphosphorylation, ces analogues entrent en compétition avec les substrats naturels pour le site actif de l'ADN-polymérase. Les inhibiteurs ont une faible affinité pour les ADN polymérases cellulaires et une forte affinité pour les ADN-polymérases virales entraînant le blocage du site actif. Si l'enzyme parvient à incorporer l'analogue à la chaîne d'ADN en cours de synthèse, celui-ci en bloque l'élongation car il n'a pas la structure chimique capable d'établir une liaison phosphodiester avec le nucléotide suivant.

L'affinité particulière des analogues pour les ADN polymérases virales n'est pas encore expliquée. Les ADN-polymérases cellulaires ou virales étant fonctionnellement très proches, la sélectivité des analogues provient d'un choix très rigoureux parmi un nombre considérable de molécules synthétisées.

La sélectivité des analogues a le plus souvent comme conséquence un spectre d'activité assez étroit : chaque molécule n'est active que sur un virus ou un groupe de virus apparentés.

La sélectivité n'est d'ailleurs pas absolue et la toxicité vis-à-vis des cellules s'exprime par des effets secondaires très fréquents lors des chimiothérapies antivirales. Cette toxicité rapproche la thérapeutique antivirale de la chimiothérapie anticancéreuse.

Les premiers analogues de nucléosides utilisés tels que l'adénine-arabinoside (Vidarabine) se sont révélés très toxiques. N'étant pas sélectifs ils inhibent aussi bien l'ADN polymérase virale que l'ADN polymérase cellulaire.

 Aciclovir (Zovirax â )

Il s'agit d'un analogue du guanosine dont le désoxyribose est remplacé par une chaîne latérale acyclique. Le produit est actif sur certains herpesvirus : les HSV1 et 2 et le VVZ (à plus haute dose).

La première étape de phosphorylation est réalisée par une thymidine-kinase virale que possèdent ces virus, les deux autres phosphorylations sont ensuite assurées par des kinases cellulaires. Les thymidine-kinases cellulaires sont peu efficaces de sorte que l'analogue triphosphate n'est formé que dans les cellules infectées.

Valaciclovir (Zelitrex â )

C'est l'ester de la L-valine et de l'aciclovir rapidement et entièrement métabolisé en Aciclovir.

Ce dérivé a une biodisponibilité par voie orale 5 fois plus élevée que l'aciclovir (50%). Il est utilisé dans le traitement du zona.

Gancyclovir (Cymévan â )
Le gancyclovir, assez proche de l'acyclovir, se révèle actif sur la plupart des herpesvirus mais il est surtout remarquablement actif contre le virus cytomégalique (CMV) : cent fois plus actif que l'acyclovir. Il est également beaucoup plus toxique (toxicité médullaire : neutropénie et thrombopénie) et n'est utilisé que dans le traitement des infections sévères chez les immunodéprimés.

Le virus est dépourvu de thymidine-kinase mais l'infection semble favoriser la synthèse de kinases cellulaires de sorte que les concentrations en gancyclovir-triphophate sont bien supérieures à celles des cellules non infectées. Cette propriété renforce la spécificité antivirale du produit.

Famcyclovir (Oravir â )
Le Famciclovir est assez proche du gancyclovir. Il est actif sur les virus HSV, EBV et VVZ. D'une très grande biodisponibilité par voie orale (75%), il est utilisé dans les traitements des infections à VVZ.

Acide phosphonoformique (Foscarnet â )

Un analogue du pyrophosphate, l'acide phosphonoformique (Foscarnetâ) est un inhibiteur direct d'ADN polymérase virale : il bloque le site de liaison du pyrophosphate de l'enzyme. Le produit est toxique (fixation osseuse, toxicité rénale). On l'utilise dans le traitement des infections par CMV ou virus herpétiques devenus résistants à l'acyclovir chez les patients immunodéficients.
2° - LES ANTIRÉTROVIRAUX

Parmi tous les analogues de nucléosides étudiés ou en cours d'étude, quatre produits sont actuellement utilisés :
NOM CHIMIQUE ABRÉVIATION DÉNOMINATION COMMUNE SPÉCIALITÉ
Azidothymidine
AZT
Zidovudine
Rétrovirâ
Didéoxyinosine
ddI
Didanosine
Videxâ
Didéoxycytidine
ddC
Zalcitabine
Hividâ
Didéhydodidéoxythymidine
d4T
Stavudine
Zeritâ
 Les analogues sont phosphorylés dans les cellules infectées et dans les cellules saines par des kinases cellulaires. L'analogue triphosphate est utilisé comme un substrat par la transcriptase réverse qui est bloquée. Si l'enzyme parvient à incorpore l'analogue à la chaîne d'ADN en cours de synthèse, celui-ci en bloque l'élongation car il n'a pas la structure chimique capable d'établir une liaison phosphodiester avec le nucléotide suivant. L'analogue est environ 100 fois plus inhibiteur vis-à-vis de la transcriptase réverse que vis-à-vis de l'ADN-polymérase cellulaire.

Les effets secondaires sont variés :

3° - LA RIBAVIRINE

La structure de cette molécule est à première vue celle d'un analogue de nucléoside avec un noyau pyrimidique ouvert. Elle ressemble en fait à la guanosine.

Le spectre théorique d'activité de la molécule est étendu :

La molécule est triphosphorylée dans les cellules. Les cibles de la molécule triphosphate semblent multiples, ce qui pourrait expliquer son large spectre : La molécule est toxique : elle provoque des anémies et des embryopathies (dangers au cours de la grossesse). Actuellement la ribavirine est utilisée exclusivement sous forme d'aérosols dans le traitement des infections sévères à VRS chez le jeune enfant (un traitement coûteux : 400 $ par jour).

On l'a utilisée avec succès dans le traitement des fièvres hémorragiques (la fièvre de Lassa en particulier) par voie intraveineuse, mais la toxicité de la molécule limite son emploi dans des infections moins sévères.
 


LES INTERFÉRONS


Interférence et interférons

    

L'interférence

Depuis longtemps, on a observé que l'infection d'un organisme par un premier virus peut empêcher l'infection par un second virus, voisin ou non du premier : le phénomène a été désigné sous le nom d'interférence.

Interférence et interféron ont été découverts en Angleterre : ce sont de faux-amis !

En français, interférence est un terme utilisé en physique pour désigner la superposition de deux vibrations de même longueur d'onde (à l'origine des "parasites" de radio ou de télévision).

En anglais, outre cette signification, to interfere veut également dire  "gêner, empêcher, contrecarrer, s'opposer à" : c'est dans ce sens qu'il faut comprendre l'interférence en virologie.

En 1943, W. et G. Henle montrent que : 

Des cellules infectées par un virus résistent donc à une surinfection par un autre virus vis-à-vis duquel elles sont normalement sensibles.

L'interféron
En 1957, Isaacs et Lindenmann partent du travail des Henle et démontrent que l’interférence a pour médiateur une substance soluble produite par les cellules infectées. Ils donnent à cette substance le nom d'interféron. :
    

   

Les interférons

Ils constituent une famille de petites protéines (150 acides aminés environ), glycosylées ou non, synthétisées par les cellules, le plus souvent en réponse à l'agression d'un virus. L’activité antivirale de ces protéines est très large mais elles sont spécifiques de l’espèce productrice : chaque espèce animale produit ses propres interférons : ils ne sont actifs que dans l'espèce où ils ont été produits (un interféron animal ne protège pas des cellules humaines et ne peut donc pas être utilisé comme traitement chez l'homme).

En revanche, les interférons ne sont pas spécifiques du virus inducteur : les interférons empêchent (plus ou moins) la multiplication d'autres virus.

On distingue trois classes d’interféron humain (IFN) : IFN-a , IFN-b et IFN-g d’après leur antigénicité. Les trois types sont antigéniquement distincts : un antisérum pour un interféron a n’inactive pas les deux autres types.

L'interféron a :

L’interféron a est une dénomination collective d’une vingtaine de protéines codées chacune par un gène distinct. Ces protéines ne sont pas glycosylées pour la plupart et présentent entre elles de très fortes homologies.

Le type a est sécrété par les macrophages.

L'interféron b
Un seul gène b codant un interféron glycosylé présentant environ 50 % d’homologie avec l’interféron a .

L’interféron b est habituellement obtenu par culture de fibroblastes.

En fait de nombreuses cellules de l’organisme synthétisent ces deux types d' interférons.

L'interféron g
L’interféron g correspond à l’interféron immun. Il est sécrété par les lymphocytes TH après stimulation antigénique (l’antigène étant présenté par les cellules présentatrices d’antigènes (les CPA) dans la niche des molécules CHM de classe II).
TYPE D'IFN
a
b
g
SOURCE PRINCIPALE
Leucocytes
Fibroblastes

Cellules épithéliales

Lymphocytes T

Cellules NK

AGENT INDUCTEUR
VIRUS
VIRUS
Antigènes

Mitogènes

NOMBRE DE SOUS-TYPES
environ 20
1
1
GLYCOSYLATION
NON (pour la plupart)
OUI
OUI
FORME FONCTIONNELLE
Monomère
Dimère
Tétramère
ACTIVITÉ PRINCIPALE
ANTIVIRAL
ANTIVIRAL
ANTIVIRAL

IMMUNOMODULATEUR

MÉCANISME D'ACTION
INHIBENT LES SYNTHESES PROTÉIQUES
ACTIVE :
  • les T-cytotoxiques

  • les macrophages

  • les cellules NK

 Les interférons sont en fait des cytokines qui ont deux activités biologiques : activité antivirale et régulation cellulaire.

L’activité antivirale des trois interférons est comparable mais la régulation cellulaire est surtout le fait de l’interféron g .

La production d'interféron

L’infection virale déclenche la production d’interféron a et/ou b par la cellule. Le signal activateur est l'ARN bicaténaire qui apparaît au cours du cycle de multiplication du virus, qu’il s’agisse de virus à ARN ou de virus à ADN.

Certains virus sont meilleurs inducteurs d’interféron que d’autres : ils ont pour caractéristique de se multiplier lentement et de ne pas perturber les synthèses protéiques de la cellule-hôte.

La synthèse d’interféron se prolonge 24 à 48 heures puis cesse.

L’interféron est éventuellement glycosylé puis excrété dans le milieu extérieur où il diffuse dans l’environnement.

   

cellule "interféronée"

    

Effets de l'interféron

L’interféron se fixe à un récepteur présent à la surface des cellules : il existe un récepteur commun aux interférons a et b et un récepteur propre à l'interféron g .

Les interférons sont des cytokines puissantes : 10 à 20 molécules suffisent à protéger une cellule saine de l’infection virale.

La fixation au récepteur active une protéine-kinase membranaire qui phosphoryle 3 protéines cytoplasmiques. Ces dernières migrent alors vers le noyau et s'associent à une protéine nucléaire pour former un facteur de transcription qui se fixe sur un site spécifique de l'ADN. La fixation active la transcription d’un ensemble de gènes en aval du site. Les protéines obtenues sont les protéines antivirales (PAV).

Les interférons empêchent aussi bien la réplication des virus à ADN que celle des virus à ARN. Les PAV doivent donc perturber une étape du cycle de multiplication commune aux virus à ADN et aux virus à ARN : cette étape est la traduction des ARN messagers viraux.

Mécanismes moléculaires de l'activité antivirale

Parmi les gènes activés par la fixation de l’interféron, trois d’entre eux codent les enzymes suivantes :

  • une 2-5 oligoadénylate synthétase
  • une endonucléase : l'ARNse L
  • une protéine-kinase
Ces trois enzymes sont localisées dans le cytoplasme sous une forme inactive : leur activation nécessite la présence de (ARN)².
La cellule saine "interféronée" est donc en état de veille. Elle ne s'oppose pas à la pénétration du virus mais les enzymes de surveillance vont être activées au moment où le cycle de multiplication fait apparaître cet (ARN)² inhabituel.

Le premier mécanisme fait intervenir les 2 premières enzymes :

La 2-5 oligoA synthétase polymérise quelques molécules d'ATP (3 à 5 molécules) par une liaison inhabituelle 2'® 5' (et non 5'® 3'). Ces oligonucléotides sont appelés collectivement les oligonucléotides "2-5 A".

Les 2-5 A activent alors l'ARNse qui fragmente les ARN-messagers.

   

    

Le second mécanisme fait intervenir la protéine-kinase :

La protéine-kinase activée phosphoryle une sous-unité du facteur d'initiation eIF-2 (eucaryotic Initiation Factor) qui a pour mission de fixer l'ARNt initiateur, un ARNt-Met. La phosphorylation "gèle" le complexe d'initiation et le ribosome sur l'extrémité de l'ARNm à traduire. Le facteur eIF-2 n'est plus recyclable et la synthèse protéique est bloquée
   

   

ACTION DES PROTÉINES ANTIVIRALES

L'arrêt de la transcription des ARN messagers n'est pas sélective et les ARN-m cellulaires subissent le même sort que les ARN viraux. Dans ces conditions, la mort de la cellule est possible mais c'est le prix à payer pour que l'infection virale ne progresse pas.

L'interféron et l'immunité

Les interférons a et b font partie des facteurs de l'immunité non spécifique : ils constituent l'une des premières défenses de l'organisme contre les agressions virales, avant que ne se développe l'immunité spécifique.

Les interférons limitent l'extensîon de l'infection :

En même temps qu'un virus, on injecte un sérum anti-IFN à des animaux sensibles : ceux-ci présentent des infections beaucoup plus sévères que des animaux ne recevant que le virus seul.

      

    

En revanche, les interférons ne semblent par jouer un rôle majeur dans l'éradication du virus qui est le fait de l'immunité spécifique à médiation cellulaire.

Synthèse industrielle des interférons

Les interférons a, b et g sont produits par génie génétique :

L'un des gènes humains codant un interféron est isolé puis inséré dans un plasmide :

     

    

Le plasmide est introduit dans un colibacille, une levure ou une cellule de mammifère (hamster chinois). L'interféron produit est extrait du milieu de culture et purifié par fixation à des anticorps monoclonaux ou par des méthodes chimiques :

 

transfert du plasmide (culture de colibacille)

 

extraction

      

Utilisation des interférons en thérapeutique

Tous les interférons, qu'ils soient de type a, b, ou g, ont des propriétés :

1" - l'interféron a

1/ activité antivirale

L'interféron a est utilisé dans le traitement des hépatites chroniques actives dues aux virus des hépatites B et C.

Le but du traitement est l'éradication complète du virus afin d'éviter la constitution d'une cirrhose et par là mérne l'apparition d'un cancer.

2/ activité antiproliférative

L'interféron a agit à la phase initiale de la mitose en allongeant le cycle cellulaire. Il est utilisé dans le traitement de certaines tumeurs, en particulier :

     

   Interféron a
  • Roféron Aâ
  • Laroféronâ (hépatite C)
  • Intronaâ
  • Viraféronâ (hépatite C)

       

2° - l'interféron b

L'interféron b est uniquement utilisé pour ses propriétés immunomodulatrices, qui s'opposent à celles de I'IFN g :

L'interféron b est utilisé dans le traitement des formes de sclérose en plaques (SEP) évoluant par poussées : la SEP est une maladie inflammatoire démyélinisante du SNC. De cause inconnue, il s'agirait d'une maladie auto-immune. L'intervention de l'interféron y est suspectée dans la genèse des lésions caractéristiques de la SEP, au cours de laquelle on observe également une activité T suppressive déficiente.

 

   Interféron b
  • Avonexâ
  • Bétaféronâ

 

3° - l'interféron g

L'interféron g est uniquement utilisé pour ses propriétés immunomodulatrices, qui s'opposent à celles de I'IFN b

  • activation des macrophages
  • activation des lymphocytes Th1
  • activation des cellules NK

L'interféron g est utilisé dans le traitement de la granulomatose septique chronique (maladie génétique, rare, des phagocytes, qui présentent un défaut du complexe enzymatique de la NADPH-oxydase : ils n'ont pas d'activité bactéricide. Les bactéries sont phagocytées mais ne sont pas détruites. Les infections sont fréquentes et graves).

 

   Interféron g
  • Imukinâ

 

Effets secondaires des interférons

Les effets secondaires accompagnant les traitements aux interférons sont le reflet de leurs activités diverses sur le métabolisme cellulaire : syndrome pseudo-grippal quasiment constant (sensible au paracétamol), nausées, malaises, asthénie, modifications de l'humeur (dépression).

 

Retour au sommaire