Dans un article récent publié dans la revue Celluleles chercheurs ont utilisé une plate-forme multiomique intégrative pour comprendre la biologie de l’infection par les variantes préoccupantes du coronavirus 2 (SARS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère (COV) et l’impact de la ou des mutations virales sur la réplication virale et les réponses cellulaires de l’hôte.
Ils ont examiné les COV Alpha, Delta, Beta, Gamma et Omicron, tous indépendamment évolués à partir d’une souche SARS-CoV-2 de la première vague de lignée 1 (W1). Beta et Gamma se sont répandus dans des régions géographiques limitées, tandis qu’Alpha, Delta et Omicron BA.1 se sont répandus dans le monde entier.
Comme on pouvait s’y attendre, leur transmission interhumaine soutenue a nécessité l’évasion de l’immunité innée et adaptative de l’humain (hôte), dans laquelle plusieurs forces sélectives sont entrées en jeu pour conduire l’évolution.
Étude : Les variantes SARS-CoV-2 évoluent des stratégies convergentes pour remodeler la réponse de l’hôte. Crédit d’image : Kateryna Kon/Shutterstock
Sommaire
Arrière-plan
Des études antérieures ont examiné de manière approfondie la glycoprotéine Spike (S) du SRAS-CoV-2 la plus mutée. Cependant, les COV ont acquis des mutations supplémentaires non synonymes dans les protéines non structurales, NSP3/6/9/12/13, les protéines structurelles de la nucléocapside (N), de la membrane (M) et de l’enveloppe (E), ainsi que plusieurs cadres de lecture ouverts ( ORF), Orf3a/6/7a/8/9b.
Les chercheurs ont découvert que ces mutations (en dehors de S) modulent également la réponse de l’hôte à l’infection ; cependant, l’impact de ces mutations, en particulier les mutations non codantes dans les COV, reste mal compris.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont d’abord collecté des cellules Calu-3 infectées par les COV du SRAS-CoV-2 10 et 24 heures après l’infection (hpi) pour le séquençage de l’acide ribonucléique messager en vrac (ARNm-seq), la protéomique d’abondance par spectrométrie de masse (MS). et analyse phosphoprotéomique.
Ils ont quantifié les niveaux génomiques des stocks viraux par réaction quantitative en chaîne par polymérase-transcription inverse (qRT-PCR), et non par des tests sur plaques, afin d’égaliser les doses d’entrée dans tous les COV. Ainsi, à l’exception d’Omicron BA.1, les virus W1 et tous les COV ont affiché une cinétique de réplication équivalente, que l’équipe a également comparée dans des cellules épithéliales primaires des voies respiratoires humaines (HAE) différenciées air-liquide.
De plus, ils ont effectué une purification-MS par affinité (AP-MS) sur des COV surexprimés ectopiquement et des protéines W1 pour définir les changements dans les interactions protéine-virus-hôte. En outre, l’équipe a quantifié les différences de niveaux d’ARN sous-génomique viral (sgRNA) et de protéines pour chaque virus lors de la réplication dans les cellules Calu-3.
Résultats
Les données de l’étude suggèrent que tous les COV ont évolué indépendamment à partir du virus W1, mais ont ensuite amélioré le même ensemble de protéines virales à l’aide de trois stratégies moléculaires convergentes.
Premièrement, ils ont modifié l’expression des gènes viraux au cours de l’infection ; Deuxièmement, tous, à l’exception de Gamma, ont modulé la phosphorylation des protéines virales, notamment sur la protéine N, ce qui a probablement affecté l’assemblage ou la réplication virale. Enfin, toutes les mutations codant pour les protéines accumulées ont modifié les interactions virus-protéine hôte. Plus précisément, la nouvelle protéine N* spécifique des COV a interagi avec le complexe du facteur associé à l’ARN polymérase II (RNAPII) (PAFc) de l’hôte (PAFc), suggérant que les COV ont évolué pour influencer l’expression du gène hôte via N*.
La comparaison des COV avec les virus W1 a révélé 16 % des changements dans les interactions virus-hôte. L’analyse protéomique a révélé que chaque échantillon contenait 58 à 62 000 peptides uniques et 23 à 35 000 phosphorylations modulées, correspondant respectivement à 4 800 à 5 100 et 3 700 à 4 300 protéines uniques. La plupart des altérations/mutations se sont produites aux niveaux de phosphorylation (57 %), suivis par les niveaux d’ARN (38 %), tandis que l’abondance des protéines a montré des changements minimes (7 %).
Une augmentation de l’expression globale de l’ARN et des niveaux de protéines a diminué à 24 hpi, ce qui suggère probablement l’induction de la réponse inflammatoire au virus au niveau traductionnel pendant l’infection. Les niveaux de phosphorylation étaient bidirectionnels, indiquant leur signalisation complexe au cours de l’infection.
L’une des caractéristiques les plus frappantes des COV du SRAS-CoV-2 était leur capacité à remplacer séquentiellement une souche dominante, par exemple le COV Delta remplaçant Alpha, ce qui reflétait le fait que leur capacité à réguler les réponses immunitaires innées de l’hôte était vitale. L’immunité innée humaine a imposé une forte pression de sélection sur les COV du SRAS-CoV-2, dont la ou les souches ancestrales se sont probablement adaptées pour échapper à l’immunité innée chez une espèce non humaine.
Les mutations d’Omicron S ont effectivement réduit sa dépendance à la protéase transmembranaire, la sérine 2 (TMPRSS2) pour pénétrer dans l’hôte et ses in vivo tropisme dans les voies respiratoires supérieures. Cependant, comparé à Alpha ou Delta, Omicron était moins efficace pour supprimer les réponses immunitaires innées. Les lignées Omicron, en particulier BA.5, après avoir réussi à échapper aux réponses immunitaires adaptatives généralisées, ont amélioré leur capacité à échapper à l’immunité innée en exprimant des niveaux plus élevés d’Orf6 et en supprimant efficacement les réponses à l’interféron (IFN).
En outre, l’étude a identifié des voies cellulaires modulées de manière similaire dans les COV au cours de l’infection. Ainsi, les thérapies combinées ciblant simultanément les réponses adaptatives (par exemple, les vaccins) et immunitaires innées (par exemple, Orf6) semblent les plus appropriées en tant que nouveaux antiviraux. In vivoles thérapies ciblant les facteurs de l’hôte essentiels à la réplication virale, par exemple le facteur d’élongation de traduction eucaryote 1A (eEF1A), tel que la plitidepsine, étaient efficaces contre tous les COV et pourraient même aider à gérer les variantes émergentes ou futures du SRAS-CoV-2.
Conclusions
Des analyses informatiques intégratives suggèrent que l’évolution des COV a finalement convergé pour supprimer les gènes stimulés par l’interféron (ISG), sauf dans Omicron BA.1. Puisque la suppression de l’ISG était corrélée à l’expression de protéines antagonistes de l’immunité innée, par exemple Orf6, Orf9b, N, les chercheurs ont cartographié ces mutations spécifiques.
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont mis en évidence la plasticité des interactions hôte-virus et l’évolution des protéines virales, suggérant que les mutations ponctuelles non codantes ont également affecté l’activité du SRAS-CoV-2. Plus important encore, l’évolution convergente du COV du SRAS-CoV-2 a surmonté les barrières immunitaires humaines.