Baculoviridae

Robert L. Harrison, Elisabeth A. Herniou, Johannes A. Jehle, David A. Theilmann4, John P. Burand, James J. Becnel, Peter J. Krell, Monique M. van Oers, Joseph D. Mowery et Gary R. Bauchan

La citation de ce chapitre du rapport ICTV est le résumé publié sous le nom de Harrison et al…, (2019):
Profil taxonomique du virus ICTV : Baculoviridae, Journal of General Virology, 99 : 1185-1186.

Auteur correspondant : Robert L. Harrison ([email protected])
Éditée par : Balázs Harrach et Andrew J. Davison
Posé : Juin 2018
PDF : ICTV_Baculoviridae.pdf

Résumé

Les Baculoviridae sont une famille de grands virus spécifiques aux insectes avec des génomes circulaires d’ADNdb allant de 80 à 180 kbp (tableau 1.Baculoviridae). Les virus sont constitués de nucléocapsides enveloppées, en forme de bâtonnets, et sont incorporés dans des corps d’occlusion distinctifs mesurant de 0,15 à 5 µm. Les corps d’occlusion consistent en une matrice composée d’une seule protéine virale exprimée à des niveaux élevés pendant l’infection. Les membres de cette famille infectent exclusivement les larves d’insectes des ordres Lepidoptera, Hymenoptera et Diptera. Certains membres ont été développés comme biopesticides pour lutter contre les insectes nuisibles et comme vecteurs d’expression de protéines recombinantes.

Tableau 1.Baculoviridae. Caractéristiques des membres de la famille des Baculoviridae.

Virion

Morphologie

Un ou deux phénotypes de virions sont impliqués dans les infections à baculovirus. L’infection est initiée dans l’épithélium intestinal par des virions contenus dans un corps d’occlusion (CO) protéique cristallin qui peut être de forme polyédrique et contenir de nombreux virions (membres des genres Alphabaculovirus, Gammabaculovirus et Deltabaculovirus) ; ou ovocylindrique et ne contenir qu’un, ou rarement deux ou plus, virions (membres du genre Betabaculovirus). Les virus présents dans les occlusions, appelés virus dérivés de l’occlusion (ODV), sont constitués d’une ou de plusieurs nucléocapsides en forme de bâtonnets qui présentent une polarité structurelle distincte et sont enfermés dans une enveloppe (Figure 1.Baculoviridae). Pour les ODV, l’enveloppe de la nucléocapside se produit dans le noyau (membres du genre Alphabaculovirus) ou dans le milieu nucléaire-cytoplasmique après la perte de la membrane nucléaire (membres du genre Betabaculovirus). Les nucléocapsides ont un diamètre moyen de 30-60 nm et une longueur de 250-300 nm. Des structures en forme de pointes (peplomers) n’ont pas été signalées sur les enveloppes des ODV. Les virus du second phénotype (appelés virus bourgeonnés ou BV ; Figure 1.Baculoviridae) sont générés lorsque les nucléocapsides bourgeonnent à travers la membrane plasmique à la surface des cellules infectées. Les BV contiennent généralement une seule nucléocapside. Leurs enveloppes sont dérivées de la membrane plasmique cellulaire et apparaissent de manière caractéristique comme une membrane lâche qui contient une glycoprotéine de fusion d’enveloppe (EFP), qui forme des peplomères généralement observés à une extrémité du virion (voir « Protéines », ci-dessous).

Physicochimie et propriétés physiques

La densité flottante du BV dans le CsCl est de 1,18-1,25 g cm-3, et celle de la nucléocapside est de 1,47 g cm-3. La densité flottante du BV dans le saccharose est de 1,17-1,18 g cm-3 (Summers et Volkman 1976). Les virions des deux phénotypes sont sensibles aux solvants organiques et aux détergents. ODV et BV sont marginalement sensibles à la chaleur et inactivés à des valeurs extrêmes de pH (Gudauskas et Canerday 1968, Knittel et Fairbrother 1987).

Acide nucléique

Les nucléocapsides contiennent une molécule d’ADNdb circulaire et super enroulé de 80-180 kbp (Figure 1.Baculoviridae, Figure 2.Baculoviridae).

Proteines

Les analyses génomiques suggèrent que les baculovirus codent pour environ 100-200 protéines. Les analyses protéomiques effectuées à ce jour indiquent que les virions peuvent contenir aussi peu que 23 et autant que 73 polypeptides différents (Deng et al., 2007, Zhang et al., 2015). Les nucléocapsides des deux phénotypes de virions (ODV et BV) contiennent une protéine de capside majeure (VP39), une protéine basique de liaison à l’ADN (P6.9) complexée avec le génome viral, et au moins 2 à 3 protéines supplémentaires. Deux EFP différentes ont été identifiées à ce jour. L’EFP GP64 est présent dans un groupe d’alphabaculovirus qui comprend le Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus (AcMNPV) et ses proches parents (Blissard et Wenz 1992). La plupart des alphabaculovirus et des betabaculovirus codent et semblent utiliser des EFP connues sous le nom de protéines F, qui sont des homologues de la protéine Ld130 du Lymantria dispar multiple nucleopolyhedrovirus (LdMNPV) (Pearson et al., 2001) et de la protéine Se8 du Spodoptera exigua multiple nucleopolyhedrovirus (SeMNPV) (IJkel et al., 2000). Le deltabaculovirus Culex nigripalpus nucleopolyhedrovirus code également une EFP avec une activité fusogène (Wang et al., 2017). Plusieurs protéines d’enveloppe de l’ODV ont été identifiées. Huit protéines ODV, dont P74 (Faulkner et al., 1997), PIF-1 (Kikhno et al., 2002), PIF-2 (Pijlman et al., 2003), PIF-3 (Ohkawa et al., 2005), AC96 (PIF-4) (Fang et al., 2009), ODV-E56 (PIF-5) (Harrison et al., 2010), AC68 (PIF-6) (Nie et al., 2012), AC110 (PIF-7) (Jiantao et al., 2016), et AC83 (PIF-8) (Javed et al., 2017) sont essentielles pour l’infectivité orale de l’ODV. La principale protéine de la matrice OB est un polypeptide de 25-33 kDa codé par le virus. Cette protéine est appelée polyédrine pour les nucléopolyédrovirus (nom commun utilisé pour les alpha-, delta- et gammabaculovirus) et granuline pour les granulovirus (betabaculovirus) (Rohrmann 1986). L’OB est souvent entouré d’une enveloppe qui contient au moins une protéine majeure (Whitt et Manning 1988). La protéine polyédrine des deltabaculovirus est sérologiquement et génétiquement non apparentée aux protéines OB des alpha-, beta- et gammabaculovirus (Perera et al., 2006).

Lipides

Les lipides sont présents dans les enveloppes de l’ODV et du BV. La composition lipidique diffère entre les deux phénotypes de virions (Braunagel et Summers 1994).

Les glucides

Les glucides sont présents sous forme de glycoprotéines et de glycolipides.

Organisation et réplication du génome

L’ADN génomique circulaire est infectieux, ce qui suggère qu’après l’entrée cellulaire et le désenrobage, aucune protéine associée au virion n’est essentielle à l’infection (Burand et al, 1980, Carstens et al., 1980). Trente-huit homologues de gènes, appelés gènes centraux des baculovirus, sont partagés entre les alpha-, beta-, gamma- et deltabaculovirus (Javed et al., 2017, Garavaglia et al., 2012) (Figure 2.Baculoviridae). Ces gènes conservés sont impliqués dans diverses fonctions, notamment la réplication de l’ADN, la transcription des gènes tardifs et la structure des virions. Dans certains cas, des tailles de génome plus importantes peuvent résulter de la présence de familles de gènes répétés (Hayakawa et al., 1999). La transcription des gènes des baculovirus est régulée dans le temps, et deux classes principales de gènes sont reconnues : les gènes précoces et les gènes tardifs. Les gènes tardifs peuvent être subdivisés en gènes tardifs et très tardifs. Les classes de gènes (précoces, tardifs et très tardifs) ne sont pas regroupées sur le génome du baculovirus, et les deux brins du génome sont impliqués dans les fonctions de codage. Les gènes précoces sont transcrits par l’ARN polymérase II de l’hôte, tandis que les gènes tardifs et très tardifs sont transcrits par une ARN polymérase virale résistante à l’alpha-amanitine (Huh et Weaver 1990). L’épissage de l’ARN se produit, mais semble être rare (Chisholm et Henner 1988, Pearson et Rohrmann 1997). Des études sur la transcription transitoire des gènes précoces et tardifs et sur la réplication de l’ADN suggèrent qu’au moins trois protéines codées par le virus régulent la transcription des gènes précoces (Guarino et Summers 1986, Kovacs et al., 1991, Lu et Carstens 1993, Yoo et Guarino 1994), tandis qu’environ 20 protéines codées par le virus, connues sous le nom de facteurs d’expression tardifs (LEF), sont nécessaires à la transcription des gènes tardifs (Rapp et al., 1998, Huijskens et al., 2004). Sur les quelque 20 LEF, la moitié semble être impliquée dans la réplication de l’ADN (Lu et Miller, 1995). La transcription des gènes tardifs s’initie au niveau de la deuxième adénine d’un motif promoteur 5′-TAAG-3′ conservé, qui est un élément central essentiel du promoteur tardif du baculovirus (Chen et al., 2013). Les origines de réplication putatives consistent en des séquences répétées trouvées à plusieurs endroits dans le génome du baculovirus (Pearson et al., 1992, Hilton et Winstanley 2007). Ces séquences, appelées régions répétées homologues (hr), ne semblent pas être très conservées parmi les différentes espèces de baculovirus. Des origines de réplication putatives à copie unique, non hr, ont également été identifiées (Kool et al., 1994). La réplication de l’ADN est nécessaire pour la transcription des gènes tardifs. La plupart des protéines structurelles du virion sont codées par des gènes tardifs. Alors que la transcription des gènes tardifs et très tardifs semble commencer immédiatement après la réplication de l’ADN, certains gènes très tardifs qui codent les protéines spécifiques du corps d’occlusion sont transcrits à des niveaux extrêmement élevés à un moment ultérieur (Thiem et Miller 1990). La production de BV se produit principalement pendant la phase tardive, et la production de corps d’occlusion se produit pendant la phase très tardive.

Dans les animaux infectés, la réplication virale commence dans l’intestin moyen des insectes. Après l’ingestion, les OB sont solubilisés dans la lumière intestinale, libérant les ODV, dont on pense qu’ils pénètrent dans les cellules épithéliales cibles par fusion avec la membrane plasmique à la surface de la cellule (Kawanishi et al., 1972). Chez les lépidoptères, l’entrée du virus dans les cellules de l’intestin moyen se produit dans un environnement alcalin, jusqu’à un pH de 12. L’infection de l’intestin moyen est nécessaire à l’initiation de l’infection chez l’animal. Bien que l’on pense que le virus subit un cycle de réplication dans l’épithélium de l’intestin moyen avant la transmission de l’infection aux tissus secondaires dans l’hémocoele, un mécanisme de déplacement direct de l’intestin moyen vers l’hémocoele a également été proposé (Granados et Lawler 1981, Washburn et al., 1999, Washburn et al., 2003).

La réplication de l’ADN a lieu dans le noyau. Dans les cellules infectées par les bétabaculovirus, l’intégrité de la membrane nucléaire est perdue au cours du processus de réplication (Walker et al, 1982, Federici et Stern 1990). Chez certains baculovirus, la réplication est limitée à l’épithélium de l’intestin et les virions de la progéniture sont enveloppés et enfermés dans ces cellules, et peuvent être libérés dans la lumière de l’intestin avec l’épithélium qui se détache, ou libérés à la mort de l’hôte (Federici et Stern 1990). Chez d’autres baculovirus, l’infection est transmise aux organes et tissus internes (Keddie et al., 1989). Le second phénotype de virion, BV, qui bourgeonne à partir de la membrane basolatérale des cellules intestinales infectées, est nécessaire à la transmission de l’infection dans l’hémocèle. Les cellules du corps gras infectées sont le principal lieu de production du virus occlus chez les insectes lépidoptères. Le virus occlus mûrit dans les noyaux des cellules infectées pour les alpha-, gamma- et deltabaculovirus, et dans le milieu nucléaire-cytoplasmique pour les betabaculovirus. Les OB contenant des virions infectieux ODV sont libérés à la mort, et généralement à la liquéfaction, de l’hôte.

Biologie

Les baculovirus ont été isolés uniquement chez les insectes – principalement chez les insectes de l’ordre des Lépidoptères, mais aussi chez les ordres des Hyménoptères et des Diptères. La transmission se fait naturellement (i) horizontalement par contamination par les OB de la nourriture, des surfaces des œufs, etc. (Hamm et Young 1974, Young et Yearian 1986) ; (ii) verticalement dans l’œuf, soit à partir d’adultes femelles ou mâles infectés (Doane 1969) ; ou expérimentalement ; (iii) par injection de BV dans des hôtes intacts ; ou (iv) par infection ou transfection de cultures cellulaires. En général, le processus d’infection chez un insecte hôte permissif dure environ une semaine et, à la fin, l’insecte malade se liquéfie, libérant les corps d’occlusion infectieux dans l’environnement. Les OB représentent une forme du virus stable dans l’environnement, avec une résistance accrue à la dégradation chimique et physique ainsi qu’à l’inactivation par la lumière UV. Des infections persistantes et asymptomatiques ont également été documentées (Myers et Cory 2016).

Antigénicité

Les déterminants antigéniques qui réagissent de manière croisée entre différents baculovirus existent sur les protéines des virions et sur le polypeptide majeur des OB : polyédrine ou granuline (Summers et al, 1978, Volkman 1983). Les anticorps neutralisants réagissent avec la principale glycoprotéine de surface des BV (Volkman et al., 1984).

Dérivation des noms

Alpha, Beta, Gamma, Delta : Lettres grecques α, β, γ et δ, les quatre premières lettres de l’alphabet grec.

Baculo- : de baculum, signifiant « tige » en latin, faisant référence à la morphologie de la nucléocapside.

Granulo- : de « granule » et « granulose », faisant référence à la taille relativement petite des OB et à leur aspect granuleux dans les cellules infectées par le betabaculovirus.

Nucléopolyédro- : de « polyédrose nucléaire » et « polyèdre », se référant à l’aspect multiforme des OB dans les noyaux des cellules infectées.

Critères de démarcation des genres

Les genres de Baculoviridae sont distingués sur la base de la phylogénie, des caractéristiques du génome (notamment le contenu en gènes), de la gamme d’hôtes et de la morphologie des OB (Jehle et al, 2006a).

Relations au sein de la famille

L’analyse phylogénétique basée sur les 38 gènes centraux des baculovirus montre que la famille comprend quatre groupes monophylétiques (Figure 3.Baculoviridae), qui peuvent également être discriminés sur la base des ordres de leurs insectes hôtes et sur leur morphologie. Les baculovirus sont classés dans les quatre genres Alphabaculovirus, Betabaculovirus, Gammabaculovirus et Deltabaculovirus.

Relations avec d’autres taxons

Les membres de la famille Baculoviridae partagent des caractères structurels, génétiques et biologiques avec les virus de la famille Nudiviridae, qui avaient été auparavant classés comme des baculovirus « non occlus ». Les nudivirus partagent au moins 20 gènes centraux avec les baculovirus (Wang et al., 2011). Les baculovirus sont également similaires aux virus d’hypertrophie des glandes salivaires des Hytrosaviridae, et partagent au moins 12 gènes centraux avec les membres de cette famille (Jehle et al., 2013).

Taxons membres

• Alphabaculovirus
• Betabaculovirus
• Deltabaculovirus
• Gammabaculovirus

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