Les effets des mutations de protéines accessoires et d’autres mutations sans pointe dans la pathogenèse du SRAS-CoV-2

La pandémie actuelle de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) a entraîné plus de six millions de décès sur environ 500 millions de cas, bien que plusieurs dizaines de millions n’aient sans aucun doute pas été signalés ni diagnostiqués. L’agent causal est le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), qui est apparu en décembre 2019 à Wuhan avant de se propager dans toutes les régions du monde.

Étude : la pointe de la variante SARS-CoV-2 et les mutations des gènes accessoires modifient la pathogenèse. Crédit d’image : Fit Ztudio/Shutterstock

Le virus a muté en plusieurs variantes, certaines avec une pathogénicité plus élevée et/ou des caractéristiques d’évasion immunitaire. Une nouvelle préimpression explore la contribution de ces mutations à la pathogénicité et à la transmission virales.

Introduction

Le SRAS-CoV-2 possède un génome d’acide ribonucléique (ARN) composé de cadres de lecture ouverts (ORF) qui codent pour des protéines réplicases, des protéines structurelles et des protéines accessoires. Le gène de la réplicase est situé à l’extrémité 5′ par ORF1a/b, suivi des quatre gènes structuraux pour les composants de la pointe, de l’enveloppe, de la membrane et de la nucléocapside du virus.

Entre ces gènes se trouvent des protéines accessoires qui sont uniques à chaque famille de virus. Ce sont, d’une manière ou d’une autre, des contributeurs à la pathogenèse du COVID-19. Par exemple, la voie de signalisation de l’interféron déclenche des réponses antivirales et/ou inflammatoires.

Cependant, l’ORF3b du SRAS-CoV-2 interrompt cette voie, tandis que l’ORF7a bloque le gène stimulé par l’interféron (ISG) BST2. De même, la translocation de la protéine STAT1 dans le noyau, entraînée par l’expression de l’interféron, qui module l’expression de l’ISG, s’oppose à l’ORF6 viral.

Les variants de virus ont été étudiés principalement en termes de mutations de pointe, car cette protéine médie l’attachement viral et l’entrée dans les cellules hôtes cibles. Spike interagit avec la cellule hôte via le récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) et est l’antigène immunodominant. Des mutations de ce gène ont été associées dans certains cas à une évasion immunitaire.

Dans la prépublication actuelle, publiée dans le bioRxiv* serveur, les chercheurs ont analysé le rôle des protéines accessoires à l’aide de la technologie d’assemblage génomique synthétique. Ils se sont concentrés sur les délétions dans ORF3a/b, ORF6, 7a/7b et 8 dans la souche ancestrale du virus, examinant d’abord l’effet sur l’aptitude réplicative in vitro. Par la suite, ils ont examiné comment ceux-ci affectaient la pathogenèse de l’infection par le SRAS-CoV-2 dans un modèle murin.

Ils ont également construit des variantes de protéines de pointe recombinantes sur un squelette WA-1. Ces variantes étaient identiques aux variantes de pointe alpha, bêta et gamma et ont été comparées à la protéine de pointe ancestrale pour l’aptitude réplicative et la pathogenèse chez la souris.

Qu’a montré l’étude ?

Les scientifiques ont découvert que les délétions des gènes accessoires ORF3a et ORF3b (WA-1ΔORF3a/b) réduisaient l’aptitude réplicative du virus chez la souris. Les souris infectées par le virus de délétion n’ont pas perdu autant de poids que les témoins infectés par la souche ancestrale (WA-1), et la charge virale dans le tissu pulmonaire aux jours 2 et 4 était beaucoup plus faible. Cela corrobore les recherches précédentes sur cette suppression.

Cependant, contrairement aux rapports précédents d’effets cliniques atténués avec les délétions ORF7a, ORF7b et ORF8 chez la souris, il n’y avait aucun effet sur la charge virale dans les expériences actuelles. Cela pourrait être dû à des différences de dose infectieuse ou à différentes souches de souris.

WA-1ΔORF3a/b a également entraîné une expression plus faible des cytokines et des chimiokines inflammatoires que l’infection par WA-1, probablement en raison de niveaux de réplication plus faibles. Des effets similaires en aval ont été observés, comme prévu, sur le recrutement des neutrophiles. La régulation à la hausse des gènes I14 et I15 entraîne une réponse des cellules auxiliaires T de type 2 (Th2), qui est observée dans les formes graves de COVID-19.

Ceci est incompatible avec le phénotype clinique moins sévère de WA-1ΔORF3a/b. Une explication possible de la régulation positive, plutôt que de la régulation négative attendue, de ces cytokines pourrait être leur association avec la réparation tissulaire, qui se produit plus tôt chez ces souris en raison d’une clairance plus rapide du virus.

Adipoq est un autre gène régulé positivement chez ces souris et est associé à l’adiponectine, une hormone qui sensibilise les tissus à l’activité de l’insuline. Des niveaux inférieurs d’adiponectine sont associés à une insuffisance respiratoire sévère dans le COVID-19.

Les variantes de pointe introduites dans un squelette WA-1 ne présentaient aucun changement significatif dans sa réplication, mais la charge virale, mesurée par le titre viral dans le surnageant à 72 heures, était plus faible avec la variante de pointe Gamma par rapport au Gamma. une variante.

Aucune différence dans la perte de poids, la charge virale ou le titre cérébral n’a été trouvée pour les deux autres variantes de pointe dans WA-1, par rapport aux vraies variantes, chez les souris K18-hACE2. Sin embargo, con ratones BALB/c, la cepa Beta Spike-WA1 produjo un fenotipo atenuado en comparación con la variante Beta, mientras que con la cepa Alpha Spike-WA1, el título viral pulmonar aumentó el día 2 sin ninguna diferencia en la pérdida poids.

Dans les deux souches de souris, la plus grande différence a été observée avec la variante Gamma spike-WA1 par rapport à la variante Gamma, la première présentant un phénotype plus sévère en termes de perte de poids et de titres pulmonaires que la variante Gamma. Chez les souris K18-hACE2, il y avait une tendance vers des titres viraux cérébraux plus élevés et des concentrations d’ARN plus élevées, sans être significatif.

Les cytokines pulmonaires et les chimiokines ont également montré des différences aux jours 2 et 4, encore plus significatives dans la souche Gamma spike-WA1 par rapport à la souche Gamma. Les gènes de recrutement des neutrophiles ont été les plus touchés, CXCL5 montrant la plus forte augmentation d’expression. Fait intéressant, ce gène est un important attractif des neutrophiles dans le COVID-19 et est impliqué comme cause de l’inflammation.

Des gènes tels que thpok et I15 ont été régulés à la baisse. Étant donné que ceux-ci conduisent à la différenciation des lymphocytes T CD4 +, cette découverte peut indiquer que les gènes sans pointes WA-1 ont inhibé cette voie et que cette inhibition est perdue avec la variante Gamma complète.

Ce dernier montre également une perte d’antagonisme de l’interféron, médiée par des gènes sans pointe, car les souris infectées par Gamma avaient des niveaux plus élevés d’interféron gamma dans les poumons que les souris Gamma-spike-WA1. Cela va à l’encontre des titres pulmonaires plus élevés observés chez ces derniers. Cependant, cette différence s’est résolue au jour 4.

Quelles sont les implications ?

Ce travail démontre que l’ORF3a/b joue un rôle important dans la pathogenèse et les réponses de l’hôte au SRAS-CoV-2..” Ainsi, des mutations dans les protéines accessoires des variants viraux, et notamment ORF3a, semblent contribuer à la pathogenèse du COVID-19 avec les variants. Les variantes bêta et gamma avaient des mutations ORF3a, et celles-ci continuent d’être trouvées dans les variantes plus récentes, indiquant leur importance pour la capacité de réplication et la transmissibilité.

Nous interprétons ces données pour suggérer que les mutations hors pointe peuvent être à l’origine de phénotypes critiques de l’infection et de la maladie par le SRAS-CoV-2..” En d’autres termes, les mutations de pointe augmentent souvent l’affinité obligatoire d’ACE2, qui augmente l’entrée virale dans des cellules et l’évasion immunisée. En revanche, les mutations accessoires réduisent la gravité clinique, permettant une réplication prolongée et une transmission virale accrue.

Ensemble, cela peut garantir que le virus continue de s’adapter avec une meilleure aptitude réplicative, transmissibilité et pathogénicité.

*Nouvelles importantes

bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et ne doivent donc pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique ou les comportements liés à la santé, ou être traités comme des informations établies.

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