Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur de préimpression, les chercheurs ont effectué une analyse mutationnelle profonde (DMS) pour le coronavirus du syndrome respiratoire aigu sévère 2 (SARS-CoV-2) Omicron variant of concern (VOC) sub-VOC BA.1 et BA.2 receptor-binding domains (RBD ).
Sommaire
Arrière plan
L’évolution continue du SRAS-CoV-2 en acquérant des mutations (mut) dans la protéine de pointe (S) RBD peut avoir un impact sur la liaison de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2), la stabilité du repliement et la reconnaissance des anticorps (Ab). Le DMS peut caractériser les impacts mutationnels sur ces propriétés biochimiques et éclairer les efforts de surveillance du SRAS-CoV-2. Cependant, l’impact mutationnel peut varier avec l’évolution du SRAS-CoV-2 en raison de l’épistasie, justifiant la nécessité d’une analyse DMS mise à jour.
Le COV Omicron a montré les changements évolutifs les plus importants dans le RBD du SRAS-CoV-2 avec les sous-COV Omicron BA.1 et Omicron BA.2 comprenant respectivement 15 RBD mut et 16 RBD mut. Cependant, le remodelage des caractéristiques évolutives du SRAS-CoV-2 par Omicron n’est pas bien caractérisé. Les auteurs de la présente étude ont précédemment montré que le noyau mut tel que Y365W, F492W et I358F améliore considérablement la stabilité et le rendement de la souche Wuhan-Hu-1 (ancestrale) RBD et des vaccins à base de nanoparticules RBD sans altération de l’antigénicité.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont étendu leur analyse précédente en effectuant un DMS pour évaluer les impacts mutationnels d’Omicron BA.1 et d’Omicron BA.2 RBD sur la liaison du récepteur ACE2, le repliement de RBD et la reconnaissance du bebtelovimab monoclonal Ab (mAb). En outre, l’équipe a comparé les données obtenues aux données précédemment publiées sur les COV pré-Omicron afin de déterminer les changements épistatiques potentiels.
La stabilité des protéines a été évaluée en termes d’expression de RBD. Des bibliothèques en double ont été préparées par mutagenèse par saturation de site dans le fond d’Omicron BA.1 et Omicron BA.2 RBD, et les bibliothèques de COV mutants ont été clonées dans des plates-formes d’affichage de levure dans le fond de Wuhan-Hu-1. L’impact de RBD mut sur l’affinité de liaison au récepteur ACE2 a été évalué sur la base de l’expression de surface par des plates-formes de COV d’affichage de levure regroupées incubées avec des concentrations variables de hACE2 (ACE2 humain).
Une analyse de séquençage de tri cellulaire activé par fluorescence (FACS-seq) a été effectuée pour quantifier l’expression de RBD et la force de liaison ACE2 de chaque bibliothèque mutante à chaque concentration d’ACE2. Les changements épistatiques dans le paysage mutationnel d’Omicron VOC ont été évalués par rapport à la souche ancestrale en calculant une métrique de changement épistatique pour identifier les positions dans les RBD Omicron BA.1 et BA.2 avec des altérations mutationnelles considérables par rapport à la souche ancestrale. De plus, une analyse d’interférométrie de biocouche (BLI) a été effectuée pour évaluer la cinétique de liaison d’Omicron BA.1 et BA.2 RBD ACE2. En outre, l’équipe a évalué les voies d’évasion du bebtelovimab facilitées par RBD mut.
Résultats
L’impact de quelques mut dans les RBD Omicron différait de ceux de la souche ancestrale RBD, avec des changements épistatiques ressemblant à ceux observés pour le Beta VOC en raison de la mutation convergente et épistatiquement modifiée N501Y. Cependant, les COV Omicron ont montré des changements épistatiques supplémentaires spécifiques à la sous-lignée, y compris l’enracinement épistatique qui a amélioré la faveur de N501Y et Q498R Omicron mut pour la liaison ACE2 par rapport aux COV pré-Omicron.
En revanche, la mutation Omicron Q493R n’a montré aucun enracinement, la mutation R493 étant aussi défavorable à la liaison du récepteur ACE2 dans les RBD Omicron que dans la souche ancestrale RBD. La réversion R493Q doit s’être produite dans les sous-COV d’Omicron tels que BA.4/5 et BA.2.75 et potentialiser les altérations antigéniques concomitantes. Les sous-COV BA.1 et BA.2 d’Omicron ont montré une expression plus faible de RBD et un élargissement du site d’échappement Ab par rapport à ceux de la souche ancestrale.
Semblables aux résultats DMS précédemment documentés pour les RBD des souches Alpha VOC, Beta VOC, Delta VOC et Eta, les deux RBD sous-VOC Omicron ont montré une tolérance mutationnelle élevée. Pour Omicron, quelques mut augmentant l’affinité étaient des altérations secondaires ou des réversions au niveau des sites de résidus R493 ou N417 qui ont développé mut lors de l’émergence d’Omicron. Les mutations stabilisatrices d’Omicron ont été identifiées aux positions 358, 363, 365 et 392 dans le noyau RBD et aux positions 369, 374 et 376 dans la région de la boucle périphérique.
Il convient de noter que la combinaison mut stabilisante « rpk9 » dans la souche ancestrale RBD (V395I, F392W et Y365F) a amélioré l’expression de surface d’Omicron BA.1. Les sites 439, 453 et 455 n’ont pas été modifiés entre Wuhan-Hu-1 et Omicron ; cependant, les positions ont montré des changements épistatiques qui ont modifié la disponibilité de mut améliorant l’affinité. Par exemple, le N439K a amélioré l’affinité de liaison à l’ACE2 de la souche ancestrale et s’est produit de manière convergente dans les COV du SRAS-CoV-2 initialement en circulation, réduisant l’affinité de liaison des RBD d’Omicron pour l’ACE2. À l’inverse, L455W a réduit l’affinité Wuhan-Hu-1 mais a augmenté l’affinité sous-VOC d’Omicron pour ACE2.
Y455 et W455 mut dans SARS-CoV-1 et RsSHC014 (numérotation SARS-CoV-2), respectivement, et les changements épistatiques qui améliorent la liaison du récepteur ACE2 dans Omicron ont indiqué que le site 455 était potentiellement pertinent pour l’évolution future de SARS-CoV- 2. La souche ancestrale N501Y a amélioré l’affinité de liaison à l’ACE2 de 12 fois, mais Y501N a réduit l’affinité de 288 fois et 1096 fois pour Omicron BA.1 et Omicron BA.2, respectivement. Cependant, les schémas d’enracinement indiquaient qu’il était peu probable que la réversion du N501Y se produise dans les futurs sous-COV d’Omicron. L’analyse BLI a montré des résultats similaires.
La réversion R493Q dans Omicron RBD a amélioré l’affinité de liaison au récepteur ACE2, permettant une mut supplémentaire réduisant l’affinité de liaison à l’ACE2, telle que F486V dans les COV, et facilité l’évasion immunitaire. L’évasion du bebtélovimab dans Wuhan-Hu-1 a été attribuée aux résidus mut V445, K444 et P499, et a été observée dans les RBD sous-VOC d’Omicron, avec plus de sites mut et d’échappement, y compris ceux du site 466.
Conclusion
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont mis en évidence des changements épistatiques et des profils mutationnels d’Omicron BA.1 et d’Omicron BA.2 par DMS, qui pourraient éclairer les efforts continus de surveillance et de prévision du SRAS-CoV-2.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique/les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
