Quand on demande aux chercheurs qui le fréquentent au quotidien les mots qui leur viennent à l’esprit pour décrire le virus responsable de l’infection la plus meurtrière depuis la pandémie de grippe de 1918, les mêmes qualificatifs tombent des lèvres : intelligent, complexe, injuste, sournois, vicieux. « Il nous échappe !, s’exclame Frédéric Tangy, directeur du laboratoire « Génomique virale et vaccination » au département Virologie1 de l’Institut Pasteur à Paris. À chaque nouveau progrès que nous enregistrons, un champ d’énigmes encore plus vaste s’ouvre devant nous… » Satané VIH (lire glossaire en fin d'article) ! Sans grossir le trait, force est de reconnaître que cette engeance provenant du chimpanzé et passée dans l’espèce humaine au cours de la première moitié du xxe siècle est un ennemi atrocement retors. Comme aucun autre virus, il sait dynamiter et submerger les défenses immunitaires des organismes qu’il infecte.
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Pour Simon Wain-Hobson, directeur de l’unité « Rétrovirologie moléculaire » du même département, ce « “petit” virus de seulement neuf gènes et quinze protéines », passé maître dans l’art de « détruire les systèmes censés le détruire », se comporte comme « une taupe (ou plutôt une armée de taupes) infiltrée au sein même de notre organisme. Il se fait d’abord passer pour un membre de la famille, malgré la méfiance qui l’environne, et il sème ensuite la panique à tous les étages en détraquant les systèmes qui gèrent la sécurité de notre santé ! » La métaphore en dit long sur la duplicité et la violence de ce virus qui s’attaque d’abord, dans la plupart des cas, aux cellules des muqueuses génitales ou rectales. Il se laisse ensuite capturer et transporter par des cellules « sentinelles » du système immunitaire (les cellules dendritiques) jusqu’aux organes lymphoïdes (essentiellement les ganglions). Là, il rencontre d’autres cellules (les lymphocytes T), qu’il infecte, avant de se dupliquer et de se disséminer dans tout le corps. Très vite, l’organisme, comprenant qu’il est agressé, déclenche la riposte et retarde l’avance de l’ennemi en mobilisant des bataillons d’anticorps et en activant des lymphocytes T tueurs CD8+, une « réponse » qui se solde par une chute spectaculaire de la virémie (le taux de virus dans le sang).
Tout le problème, dit Olivier Schwartz, responsable de l’unité « Virus et immunité » au département Virologie de l’Institut Pasteur, vient de ce que le VIH « n’aime rien tant que se multiplier dans le système immunitaire quand celui-ci est activé ». En l’absence de traitement antirétroviral, le VIH réussit quasi immanquablement à échapper à ses Cerbères et entraîne une infection chronique et asymptomatique qui dure plusieurs années. Une phase au cours de laquelle « la charge virale reste à peu près stable et faible au niveau du sang malgré une intense réplication du virus, poursuit Philippe Benaroch, responsable de l’équipe « Transport intracellulaire et immunité »2 à l’Institut Curie. Les cellules infectées sont rapidement détruites et renouvelées, preuve que le système immunitaire est à même, pendant une longue période, de contenir l’infection virale ». Mais pas de l’enrayer complètement. Après de longs mois d’une résistance héroïque, « le nombre de lymphocytes T CD4+ (la cible n° 1 du VIH), qui aident les autres cellules-clés du système immunitaire (les “lymphocytes T tueurs” CD8+ et les lymphocytes B) à croître et à contrer les attaques de l’intrus, diminue inexorablement. Le sida apparaît au moment où se produit un effondrement à la fois du nombre de lymphocytes T CD4+ (moins de 400/mm3 de sang, contre plus de 1 000 en temps normal) et de la réponse des lymphocytes T tueurs CD8+, tandis que la virémie augmente. »
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Des réservoirs cachés dans les cellules
Tel est, sommairement résumé, le mode opératoire du VIH pour tromper, désorganiser puis saboter le système immunitaire. Une stratégie d’une terrible efficacité dont les chercheurs s’évertuent à comprendre les moindres rouages dans le but d’améliorer les thérapies anti-VIH. Le rôle des cellules dendritiques dans l’infection, en particulier, s’avère primordial. Plus personne ne doute aujourd’hui qu’elles représentent un des sas d’entrée du VIH dans l’organisme. « Ces cellules “présentatrices de l’antigène” stimulent les lymphocytes T, dit Anne Hosmalin, responsable de l’équipe « Présentation de l’antigène par les cellules dendritiques » au département Immunologie de l’Institut Cochin3. On les appelle “présentatrices” parce que le système immunitaire a besoin de se faire présenter des fragments du virus pour activer des réponses immunitaires à bon escient. » Ainsi, les cellules dendritiques mangent le VIH, le digèrent et le décomposent en fragments de petite taille (épitopes) qui vont être piégés par les molécules d’histocompatibilité (HLA chez l’homme) et présentés aux lymphocytes T. Une transmission orchestrée par une cascade d’événements moléculaires qu’Anne Hosmalin s’emploie à décrypter, sachant que ces connaissances pourraient servir à compléter l’arsenal thérapeutique anti-VIH.
Une fois introduit dans un lymphocyte T, le VIH « modifie le comportement normal de son “hôte”, poursuit Olivier Schwartz. Le contact entre le lymphocyte et les cellules présentatrices d’antigènes est perturbé, ce qui modifie la réponse immunitaire. » Le responsable de ce chambardement ? Un des composants du VIH, la minuscule protéine Nef. « Un axe de nos recherches – qui bénéficient entre autres du soutien de Sidaction, de l’Agence nationale de recherches sur le sida et les hépatites virales (ANRS), de l’Institut Pasteur… –, concerne les effets de l’infection sur la biologie de la cellule. Nous nous efforçons notamment de comprendre comment Nef parvient à dérégler le trafic des certaines molécules indispensables pour démarrer une réponse immunitaire à l’intérieur d’un lymphocyte. Un peu comme si un pyromane, après avoir allumé un incendie, investissait le centre opérationnel des pompiers pour dérouter la circulation des secours », dit Olivier Schwartz. Il souligne que ce mécanisme destiné à affaiblir les défenses de la cellule-hôte et à optimiser la réplication du virus « reste plein de zones d’ombre ». Sitôt après avoir forcé l’entrée de la forteresse cellulaire, le VIH, un rétrovirus à ARN, n’a de cesse d’incorporer son propre matériel génétique au génome de son hôte. Un tour de passe-passe (« l’intégration ») aux effets délétères. Chaque fois qu’une cellule infectée se duplique, elle multiplie l’information du VIH en même temps que la sienne.
© N. Sol-Foulon, M. C. Prevost, O. Schwartz/Institut Pasteur
Vues au microscope électronique, des particules du virus du sida (VIH) bourgeonnant à la surface d'un lymphocyte.
Le VIH prend également un malin plaisir à infecter les macrophages, d’autres globules blancs spécialisés dans l’ingestion et la digestion de toutes sortes de débris et de microbes. « Ces cellules possèdent normalement dans leurs compartiments d’ingestion et de dégradation un pH acide auquel le virus ne devrait pas résister, explique Philippe Benaroch. Or, nous avons montré que le VIH parvient à modifier ce milieu a priori hostile en mettant hors course les enzymes qui ont besoin d’un pH acide pour fonctionner et le dégrader. Il crée ainsi un environnement favorable à sa survie et à sa multiplication. De ce fait, les macrophages infectés seraient un réservoir de virus difficiles à éradiquer, car masqués à l’intérieur de ces cellules. » Le système immunitaire ne parvient pas à les détecter ni les antiviraux à les tuer.
Un autre réservoir longtemps méconnu est représenté par une micropopulation de cellules T CD4+ infectées dans lesquelles le VIH reste inactivé. « Après avoir inséré son patrimoine génétique dans celui de ces cellules, le virus entre dans une phase dite “silencieuse”, commente Simon Wain-Hobson. Comme il est éteint, il échappe à la surveillance radar du système immunitaire (qui ne repère que les cellules produisant de nouveaux virus) et réduit la fenêtre d’intervention des antiviraux. » En étudiant les mécanismes à l’origine de l’établissement et du maintien de telles « cellules réservoirs », Monsef Benkirane, de l’Institut de génétique humaine (IGH)4, à Montpellier, a peut-être trouvé la parade pour réveiller ces virus « invisibles » et les forcer à sortir de leur « planque », se sorte que les traitements puissent les terrasser. « Nous avons identifié trois machineries cellulaires qui seraient responsables de cette latence se traduisant par une très faible expression des gènes viraux : les micro-ARN, le protéasome et les protéines de l’hétérochromatine. Il importe désormais de développer des molécules capables d’inhiber ces machineries cellulaires pour induire la réplication virale dans les cellules réservoirs. Le but : rendre ces virus visibles au système immunitaire et sensibles aux antiviraux. »
Les stratégies thérapeutiques
Quid, justement, des stratégies thérapeutiques à l’œuvre pour contrer les agissements du rétrovirus le plus tristement célèbre ? Son irruption sur la scène sanitaire et son long cortège de victimes ont naturellement « dopé » l’intérêt de la communauté scientifique pour la pharmacologie antivirale. À l’heure actuelle, les médecins disposent de plus de vingt-cinq molécules pour faire la guerre au sida. Parmi ces « armes », les inhibiteurs de la transcriptase inverse. Ils prennent pour cible l’enzyme du VIH indispensable à la transformation des molécules d’ARN viral en ADN proviral. Quant aux inhibiteurs de la protéase, ils bloquent l’action de l’enzyme participant à la synthèse des protéines virales à l’intérieur de la cellule, de telle sorte que les nouveaux virus produits ne peuvent plus infecter de nouvelles cellules. Ces deux armes reposent sur un principe simple : stopper des étapes de la réplication foudroyante du VIH. Las, si « l’arrivée de thérapies virales extrêmement actives pour le traitement des patients infectés par le VIH a permis tout à la fois de contenir la réplication de ce pathogène et d’améliorer l’état clinique des malades, elles ne débouchent pas sur l’éradication totale de l’infection et induisent en permanence l’apparition de virus résistants », dit Clarisse Berlioz-Torrent, coresponsable, avec Stéphane Emiliani, de l’équipe « Interactions moléculaires hôte-pathogène » au département « Maladies infectieuses » de l’Institut Cochin. Sans oublier que le recours prolongé aux trithérapies (l’association de trois molécules antirétrovirales), très coûteuses, entraîne des troubles secondaires multiples.
Qu’il faille continuer à agir pour isoler de nouveaux agents antiviraux est une évidence. Les recherches les plus avancées se concentrent sur une troisième enzyme, l’intégrase, elle aussi strictement indispensable à la réplication du VIH et entrant en action quand l’ADN proviral s’introduit dans le génome de la cellule-hôte. Un de ces nouveaux antirétroviraux, le Raltegravir, couplé à des molécules anti-VIH plus « classiques », pourrait jouer un rôle important pour les patients en échec thérapeutique. Autre domaine en plein essor : l’élaboration d’inhibiteurs de l’entrée du virus dans la cellule, un processus terriblement sorcier au cours duquel la glycoprotéine d’enveloppe (Env gp120, une grosse protéine du VIH arrimée à son enveloppe) arrive à s’accrocher à une cellule cible (lymphocyte T, macrophage…) en identifiant un récepteur, le CD4, ainsi que divers corécepteurs spécifiques dont le CCR5, puis à forcer l’entrée du sanctuaire cellulaire. Plusieurs molécules sont à l’étude pour tenter de briser l’interaction entre le virus et le CCR5.
Sans oublier l’approche très originale adoptée par des chercheurs de l’Institut de génétique moléculaire de Montpellier (IGMM)5 pour contrecarrer les mécanismes cellulaires qu’utilise ce fichu virus pour se multiplier. La molécule qu’ils ont élaborée (IDC16) bloque l’infection en empêchant « l’épissage » (c’est-à-dire la maturation des ARN du VIH, partant sa réplication). Mieux : IDC16 est efficace non seulement sur différentes souches virales de laboratoire mais aussi sur des virus isolés sur des patients, même si ceux-ci sont devenus résistants aux trithérapies habituelles. Autant de conquêtes déjà remportées – ou en passe de l’être – sur le virus. Mais la victoire est encore loin. « Un des défis posés par l’élaboration de nouveaux antiviraux réside dans le développement de thérapies capables d’enrayer les interactions entre protéines virales et cellulaires », insiste Clarisse Berlioz-Torrent. De là l’intérêt porté par son équipe à la protéine cellulaire TIP47. « Nous avons montré que cette protéine favorise la connexion, à l’intérieur d’une cellule-hôte, de deux composants structuraux majeurs du VIH : le précurseur Gag et la glycoprotéine d’enveloppe (Env), dont la rencontre déclenche la production de nouveaux virus complètement infectieux, explique notre chercheuse. Si l’on empêche TIP47 de tenir son rôle de “connecteur”, on réduit ipso facto le pouvoir infectieux des virus produits. » Une découverte promettant d’aider à mieux contrer les ravages du VIH ? Il n’est pas interdit de le penser, à condition de découvrir la molécule capable de contrecarrer l’interaction Gag-TIP47-enveloppe.
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La piste de la vaccination
Dans les pays industriels, l’avènement de puissants antirétroviraux et la mise en place des trithérapies ont enrayé la mortalité liée au sida et transformé ce fléau en une infection chronique sous traitement. Reste que l’immense majorité des quelque 33 millions d’individus infectés par le VIH en 2008 vit dans des régions sous-développées et n’a toujours pas accès aux molécules qui ont révolutionné chez nous le cours inéluctablement fatal, il n’y a pas si longtemps, de l’infection. Traduction : le développement d’un vaccin préventif, facile à produire, distribuable à bas prix et garantissant une immunité forte et durable après une ou deux injections, s’inscrit comme une priorité dans la lutte contre l’extension planétaire du sida. Mais autant le dire tout net : si d’énormes progrès ont été accomplis dans la compréhension de la réponse du système immunitaire à l’infection, et si les experts en vaccinologie redoublent d’efforts à l’échelle mondiale, aucune des stratégies vaccinales élaborées jusqu’ici (une soixantaine de candidats vaccins sont actuellement en essai clinique) n’a encore fait ses preuves.
La piste du vaccin vivant atténué par génie génétique, une opération consistant à désactiver les gènes responsables de la virulence d’un virus, a vite été abandonnée. Elle était trop dangereuse pour être appliquée à l’homme, le virus atténué du sida retrouvant au bout de quelques années l’entièreté de son pouvoir pathogène. Idem pour la solution (très en vogue dans les années 1990) utilisant les protéines naturellement présentes à la surface du VIH, telle gp120. Si elles induisent bien des anticorps capables de neutraliser le virus, ces protéines ne sont efficaces que contre certaines souches de VIH, ce maudit virus mutant non stop et déjouant ce type de protection immunitaire.
Mobiliser les lymphocytes T tueurs
Depuis une dizaine d’années, d’intenses recherches sont toutefois menées en vue d’induire des réponses cellulaires en mobilisant les « lymphocytes T cytotoxiques ». C’est que ces globules blancs, tous sortis du même centre de production (la moelle osseuse) et organisés en commandos adeptes de la méthode forte, éliminent impitoyablement les agents étrangers pathogènes présents à l’intérieur de nos cellules. Ils peuvent ralentir la réplication du VIH et contrôler la charge virale, du moins aux premiers stades de l’infection. Trois grandes familles de « formulations vaccinales » misant sur l’action de ces troupes d’élite pour fouetter l’immunité « cellulaire » sont développées, avec plus ou moins de succès : les vaccins à base d’« ADN nu », les vaccins vivants recombinants à base de vecteurs viraux ou bactériens et les vaccins à base de peptides (de petits fragments de protéines de synthèse). Principe des premiers, faciles à produire, relativement bon marché et ne nécessitant pas de chaîne du froid pour se conserver : injecter dans l’organisme un fragment de l’ADN du VIH, reproduit par génie génétique, pour que des protéines de ce virus soient produites et servent à stimuler la production de lymphocytes. Leur pouvoir immunogène, pour l’heure, laisse malheureusement à désirer.
Les vaccins vivants recombinants, quant à eux, résultent de l’assemblage d’un virus préalablement atténué, donc inoffensif (comme le virus de la variole du canari ou celui de la variole aviaire), et de quelques gènes du VIH permettant la synthèse de protéines indispensables à la stimulation du système immunitaire. Bilan des courses ? Globalement décevant. Ces vecteurs se sont jusqu’ici montrés incapables d’induire des « réponses T » de grande amplitude ou de longue durée. Encore plus déprimant : après trois ans d’essais sur plusieurs milliers de volontaires, l’un des vaccins vivants recombinants anti-VIH les plus prometteurs, le V520, composé de trois gènes du virus produits synthétiquement et « empaquetés » dans un adénovirus atténué (la réplique affaiblie d’un des virus du rhume), a été abandonné à cause de son manque d’efficacité en septembre 2007, sur décision du laboratoire pharmaceutique américain Merck.
Un énième coup d’épée dans l’eau qui a certes affecté le monde de la recherche, mais qui n’entame pas le moral de Frédéric Tangy. Ce chercheur parie en effet sur d’autres vecteurs, en l’occurrence celui dérivé du vaccin contre la rougeole. Ce vaccin « a été administré à des centaines de millions d’enfants depuis les années 1960, argumente-t-il. Il est très bien toléré et son efficacité vaccinale est d’environ 95 % après une seule injection. Par ailleurs, il est facilement produit à grande échelle dans de nombreux pays et distribué à bas prix. Ces caractéristiques favorables nous ont conduit à envisager son utilisation comme vecteur pour immuniser les enfants et les adolescents à la fois contre la rougeole et le sida. » Les atouts de ce vecteur-ci par rapport à ses « rivaux » ? En dehors de ses vertus pratiques et logistiques, « sa capacité, comme le montrent nos résultats sur des modèles animaux, à produire une immunité durable. De plus, le virus de la rougeole et le VIH ont plusieurs propriétés en commun, en particulier le fait qu’ils infectent tous les deux les monocytes, les macrophages et les cellules dendritiques. Ainsi, un vecteur dérivé du virus de la rougeole qui cible les protéines du VIH dans le même compartiment que le VIH lui-même présente l’avantage d’induire des “signaux de danger” identiques ». Bref, un vaccin aux potentialités énormes. Mais seuls des essais cliniques plus poussés permettront d’évaluer la sûreté et l’efficacité de cette méthode.
La voie des lipopeptides
D’un principe tout différent, les vaccins à base de lipopeptides captent l’attention de Jeannine Choppin, responsable de l’équipe « Mécanismes d’induction de la réponse immunitaire et conception de vaccins » au département Immunologie de l’Institut Cochin. « Les lipopeptides sont des préparations synthétiques réunissant des fragments de protéines du VIH et un acide gras (lipide), explique-t-elle. Notre technique vise à déclencher la production de lymphocytes T CD4+ et T CD8+, qui pourraient détruire les cellules infectées par le virus. La partie lipidique assure la pénétration des peptides dans les “cellules présentatrices d’antigènes” qui vont initier la réponse immune. Et plusieurs peptides sont associés afin d’accroître le potentiel immunogène de la préparation. » La capacité de protection de cette « race » de vaccins donne-t-elle satisfaction ? Une question pour l’heure sans réponse. « Les résultats des premiers protocoles vaccinaux chez l’homme ont montré des réponses cellulaires T contre les fragments des protéines du VIH, commente Jeannine Choppin, mais la protection contre le VIH reste à démontrer. Il faut par conséquent poursuivre la mise au point de ces vaccins pour amplifier les réponses cellulaires adéquates et, surtout, les maintenir à long terme. » En un mot, patience.
De la patience, Ara Hovanessian, directeur du laboratoire « Régulation de la transcription et maladies génétiques » du CNRS, n’en manque pas pour mettre au point un vaccin synthétique contre le VIH à partir de la gp41, une protéine majeure de l’enveloppe virale. Pourquoi la gp41 ? « Parce que nous avons identifié dans cette protéine une région minuscule qui ne change jamais, quelle que soit la souche du VIH, dit-il. Partant de là, nous avons conçu et synthétisé chimiquement cette région. » Et alors ? « Dans une série d’expériences menées sur les animaux, l’injection de cette réplique a engendré la production d’anticorps neutralisants contre la plupart des sous-types du VIH, alors que, jusqu’à présent, les anticorps induits par les autres vaccins n’avaient pas brillé par leur efficacité puisqu’ils agissaient uniquement contre certaines souches du VIH. » En attendant d’en vérifier l’efficacité sur le macaque, « ce vaccin synthétique représente un bon candidat comme vaccin thérapeutique », assure Ara Hovanessian. Autant d’efforts qui prouvent que la recherche d’un vaccin contre le sida progresse, vaille que vaille, mais continue de représenter une entreprise extraordinairement difficile. À tout le moins, un des défis majeurs de la vaccinologie pour les décennies à venir en ce début de xxie siècle.
Un chaînon manquant plus que parfait !
La conception du LHC remonte aux années 1980, mais il a fallu attendre 14 ans avant que sa construction soit approuvée par le conseil du CERN. Les travaux, démarrés en 1998, ont consisté à creuser une série de cavités pour accueillir les détecteurs, des instruments d’une précision inégalée destinés à suivre à la trace les produits de la collision frontale de deux faisceaux de protons. Inutile de construire l’anneau de 27 km où circuleront ces protons, il existe déjà. En effet, le LHC utilisera la boucle du LEP (Large Electron Positron), un accélérateur d’une génération antérieure avec lequel les scientifiques ont fait de belles découvertes. En particulier, des collisions entre électrons et positons ont permis d’y observer pour la première fois en 1983 les bosons W et Z, deux particules prévues par le modèle standard. L’énergie atteinte dans cet accélérateur d’ancienne génération était toutefois plus de 30 fois inférieure à celle des protons qui parcourront le LHC, ce qui s’avère insuffisant pour détecter le boson de Higgs.
Les deux faisceaux de protons destinés à entrer en collision circuleront en sens opposé dans des tubes distincts placés sous un vide très poussé. Ils seront guidés sur leur trajectoire circulaire par un champ magnétique puissant (jusqu’à 9 teslas), généré par des électroaimants refroidis à -271 °C de façon à atteindre à l’état supraconducteur pour lequel l’électricité circule sans aucune perte d’énergie. 1234 aimants dipolaires, longs de 15 m, courberont la trajectoire des faisceaux et 392 aimants quadripolaires, long de 5 à 7 m, concentreront les faisceaux. Tout est fait pour augmenter la probabilité d’une collision. Et la précision est de mise. En effet, la taille des particules est très faible, comparée à la longueur de l’anneau. Imaginez, il est aussi difficile de faire entrer en collision deux protons dans le LHC que de lancer deux aiguilles éloignées de 10 km, l’une contre l’autre !
La recherche du boson de Higgs sera sans conteste le sujet le plus brûlant du LHC. Il ne s’agit pas moins que de trouver la preuve ultime de la validité du modèle standard, l’enjeu est donc de taille ! Cette particule a été imaginée en 1964 par le physicien écossais Peter Higgs pour compléter l’édifice du modèle standard qui était alors encore un peu bancal. Cette dernière pièce du puzzle bouclait ainsi la construction théorique du modèle.
Généralement, le prix Nobel de physique est relatif à des travaux dont les retombées pratiques par rapport aux préoccupations du public et de la société sont très lointains ou très indirects. Pourtant, ces dernières années, à deux reprises, ce prix a couronné des travaux par lesquels le public, le commerce, l’industrie… sont directement concernés. En effet, le prix Nobel de 2000 est venu récompenser l’invention du « circuit intégré » - encore appelé « puce électronique » - omniprésent de nos jours et sans lequel nos ordinateurs, nos téléphones portables, cartes bancaires… n’auraient jamais vu le jour ; le prix Nobel 2007 a couronné la découverte en 1988 d’un effet magnétique - appelé magnétorésistance géante - qui a permis en dix ans d’augmenter de manière fulgurante la densité de stockage des disques durs des ordinateurs, qui atteint aujourd’hui 20 giga-bits/cm2 ! L’informatique a constitué ainsi l’enjeu principal de ces deux prix Nobel à retombées publiques.
