Cadre de surveillance génomique de l’évolution du SARS-CoV-2 Mpro

Une étude récente publiée sur bioRxiv* Le serveur de préimpression a étudié l’évolution génétique active de la protéase principale du coronavirus 2 (SRAS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère (M^pro), ses mutations émergentes, et l’existence d’une résistance antivirale contre M^pro inhibiteurs comme paxlovid.

L’émergence de nouvelles variantes du SRAS-CoV-2 a nécessité le développement d’approches thérapeutiques contre la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19). Cependant, la résistance potentielle aux antiviraux émergeant avant, pendant et après l’introduction de telles thérapies nécessite des recherches approfondies.

Étude : La surveillance génétique de SARS-CoV-2 Mpro révèle une séquence élevée et une conservation structurelle avant l’introduction de l’inhibiteur de protéase Paxlovid. Crédit d’image NIAID

À propos de l’étude

Dans la présente étude, les chercheurs ont surveillé les changements génétiques se produisant dans le SRAS-CoV-2 M^pro et le développement de mutations potentielles qui pourraient échapper à la réponse immunitaire humaine. Ils ont également évalué l’efficacité de M^pro comme cible médicamenteuse COVID-19 et a fourni une compréhension de la diversité de M^pro avant l’introduction du paxlovid.

L’équipe a étudié la conservation de M^pro protéines de la famille des Coronaviridae en examinant les sites actifs trouvés sur les structures α-CoV, β-CoV et γ-CoV. Les sites actifs sur les séquences d’acides aminés de ces CoV et les différences de conformations structurelles de plusieurs M^pro les enzymes ont été évaluées en les comparant à des structures sélectionnées de la Protein Data Bank (PDB). Les auteurs ont sélectionné 26 acides aminés comme résidus de sites actifs.

Changements d’acides aminés dans M^pro ont été surveillés à l’aide d’un pipeline d’annotations interne qui a permis à l’équipe de récupérer et d’annoter régulièrement les M^pro séquences de différents génomes du SARS-CoV-2. L’étude a également étudié la fréquence de mutation de plus de 4,8 millions de M^pro isole au M^pro les sites de clivage du substrat et la conservation de la séquence des résidus d’acides aminés voisins avec le cadre de lecture ouvert 1 ab (ORF1ab).

Résultats

Les résultats de l’étude ont montré que la comparaison d’homologie de séquence du SARS-CoV-2 M^pro les résidus d’acides aminés à travers différents CoV ont mis en évidence les résidus de site catalytique et les résidus de poche SARS-CoV-2 spike-1 (S1) étaient identiques dans le M^pro de toutes les séquences du CoV. De plus, les résidus d’acides aminés présents dans les poches S2 et S4 étaient également plus diversifiés que les résidus en S1. De plus, les résidus dans S4 ont montré une diversité encore plus remarquable par rapport aux résidus dans S2. Notamment, alors que S2 et S4 n’étaient pas entièrement conservés à travers les protéases de différents CoV, ces poches avaient des séquences d’acides aminés significativement identiques.

Conservation du site actif des protéases principales du CoV.

A) Alignement de séquence des 26 acides aminés du site de liaison. Les acides aminés clés sont indiqués par des flèches de couleur en fonction de leur interaction avec l’inhibiteur, le nirmatrelvir. B) SRAS-CoV-2 M^pro poche de liaison du nirmatrelvir. La surface de la poche est colorée en fonction de l’interaction de l’inhibiteur illustrée dans le panneau A.

De plus, les résultats de l’étude ont également montré que le SRAS-CoV et le SRAS-CoV-2 partageaient 100 % d’identité et de similitude sur les sites actifs. Dans l’ensemble, le M^pro la séquence et la structure étaient hautement conservées parmi les CoV étudiés et les poches de liaison au nirmatrelvir.

Près de 84 % de M^pro partageaient la même séquence de résidus d’acides aminés que celle de l’isolat de référence PDB, y compris environ 14K allèles nucléotidiques uniques et environ 4 800 variants protéiques. De plus, le taux de mutation non synonyme (substitution/résidu/an) s’est avéré plus faible pour M^pro que pour l’ARN polymérase dépendante de l’acide ribonucléique (ARN) (RdRp) et plus de 10 fois plus faible pour la protéine S. Notamment, l’étude a observé la première augmentation du taux de mutation non synonyme du gène S entre novembre 2020 et décembre 2020, qui a coïncidé avec l’émergence des variantes alpha et bêta préoccupantes (VOC) du SRAS-CoV-2.

Changement dynamique du taux de mutation des acides aminés de M^pro par rapport à la protéine S et RdRp.

A) Changements moyens d’acides aminés par résidu dans M^pro, protéine S et RdRp parmi les isolats collectés de janvier 2020 à janvier 2022. B) Distribution relative des COV/VOI en fonction de la date de collecte. L’augmentation rapide des changements d’acides aminés trouvés dans la protéine S et M^pro fin 2021 correspond à l’émergence et au rachat d’Omicron.

L’examen des génomes du SARS-CoV-2 a montré que le P132H était la mutation la plus répandue, détectée dans plus de 98% des isolats d’Omicron, tandis que les mutations G15S et K90R étaient prédominantes dans les isolats Lambda et Beta du SARS-CoV-2. , respectivement. De plus, neuf résidus clés, à savoir histidine-41 (His41), méthionine-49 (Met49), glycine-143 (Gly143) et cystéine-145 (Cys145), His163, His164, Met165, acide glutamique-166 (Glu166), et la glutamine-189 (Gln189) ont été identifiées dans la structure co-cristalline du M^pro-complexe nirmatrelvir. Parmi ceux-ci, His41 et Cys145 étaient des résidus catalytiques, tandis que les autres interagissaient directement avec le nirmatrelvir.

M^pro rupture de la mutation au contact du nirmatrelvir et des résidus catalytiques.

A) Mutations identifiées au niveau des résidus interagissant directement avec le nirmatrelvir et/ou le peptide substrat. B) Modèle structurel tridimensionnel de M^pro (PDB ID 7RFS.pdb), avec les résidus du panneau A mis en évidence dans la représentation en « bâton » et affichés dans des couleurs individuelles. Le squelette protéique est représenté sous forme de ruban.

Un total de 445 altérations uniques d’acides aminés ont été identifiées dans les cinq résidus du M^pro sites de clivage du substrat. Notamment, alors que le résidu P1 Gln était l’acide aminé le plus conservé trouvé sur la séquence de référence, les positions P2 et P1 présentaient moins de mutations dans tous les isolats examinés.

Conclusion

Les résultats de l’étude ont montré que la conservation structurelle et la stabilité génétique du SARS-CoV-2 M^pro ont indiqué l’absence de toute résistance préexistante au nirmatrelvir. Les chercheurs pensent que cette étude présente un système établi qui permet la surveillance génétique à l’aide de données génomiques du monde réel. L’émergence constante de variants du SRAS-CoV-2 et leur évolution sous les différentes pressions sélectives s’avéreront critiques dans les futures études contre le COVID-19.

*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.