Des chercheurs aux États-Unis ont montré que les gènes du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) – l’agent causal de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) – peuvent être intégrés dans le génome des cellules humaines infectées.
L’équipe affirme que l’ARN viral peut être exprimé sous forme de transcrits chimériques avec des séquences cellulaires et virales fusionnées.
«Il est important de noter que ces transcriptions chimériques sont détectées dans les tissus dérivés des patients», écrit l’équipe du Whitehead Institute for Biomedical Research à Cambridge, Massachusetts et du National Cancer Institute à Frederick, Maryland.
Rudolf Jaenisch et ses collègues disent que les résultats peuvent aider à expliquer pourquoi certains patients qui se sont rétablis d’une infection par le SRAS-CoV-2 sont toujours testés positifs pour le virus des mois plus tard.
Les patients qui restent positifs pour l’ARN viral sont un problème non résolu
Des tests positifs au SRAS-CoV-2 continus ou récurrents par réaction en chaîne par polymérase (PCR) ont été signalés chez des patients des semaines ou des mois après leur guérison du COVID-19. Cependant, aucun virus infectieux n’a été isolé ou excrété chez ces patients, et la cause de la production continue d’ARN viral reste inconnue.
Comme les autres coronavirus bêta, le SARS-CoV-2 utilise une ARN polymérase dépendante de l’ARN pour répliquer son ARN génomique et pour transcrire des ARN sous-génomiques.
Une explication potentielle de la détection récurrente d’ARN viral en l’absence de réplication virale est que des copies d’ADN d’ARN sous-génomiques viraux peuvent s’intégrer dans l’ADN de la cellule hôte par transcription inverse.
La transcription des copies d’ADN intégrées pourrait être responsable de tests PCR positifs longtemps après l’élimination de l’infection initiale », écrit Jaenisch et ses collègues.
En effet, des séquences de virus à ARN non rétroviraux ont été détectées dans les génomes de nombreux animaux. Plusieurs intégrations dans ces séquences présentent des signaux qui sont compatibles avec l’intégration de copies d’ADN d’ARNm viraux dans la lignée germinale via de longs rétrotransposons d’éléments nucléaires intercalés (LINE).
En outre, les virus à ARN non rétroviraux tels que le virus de la chorioméningite lymphocytaire (LCMV) peuvent être transcrits de manière inverse en copies d’ADN par une transcriptase inverse endogène. Des études ont également montré que des copies d’ADN des séquences virales peuvent s’intégrer dans l’ADN des cellules hôtes.
«De plus, l’expression de LINE1 endogène et d’autres rétrotransposons dans les cellules hôtes est généralement régulée à la hausse lors d’une infection virale, y compris l’infection par le SRAS-CoV-2», explique Jaenisch et l’équipe.
Qu’ont fait les chercheurs?
L’équipe a utilisé trois approches différentes pour déterminer si l’ARN du SRAS-CoV-2 peut être transcrit en sens inverse et intégré dans le génome de cellules humaines infectées en culture. Les trois approches utilisées pour détecter l’ARN viral étaient le séquençage nanoporeux à lecture longue, le séquençage génomique complet à paires paires Illumina et le séquençage d’enrichissement du site d’intégration d’ADN basé sur le tagmentation Tn5.
Comme indiqué dans le Actes de l’Académie nationale des sciences, les trois approches ont fourni la preuve que l’ARN du SRAS-CoV-2 peut être intégré dans le génome de la cellule hôte.
Des copies d’ADN de séquences de SRAS-CoV-2 étaient présentes dans le génome et se sont avérées intégrées via un mécanisme de rétroposition médié par LINE1.
L’ARN du SRAS-CoV-2 peut être transcrit en sens inverse et intégré dans le génome de la cellule hôte. (A) Flux de travail expérimental. (B) Séquence chimérique d’un séquençage Nanopore lu montrant l’intégration d’une séquence d’ARN sous-génomique SARS-CoV-2 NC pleine longueur (magenta) et des séquences génomiques humaines (bleu) flanquant les deux côtés de la séquence virale intégrée. Les caractéristiques indicatives de la «transcription inverse amorcée par la cible» médiée par LINE1 comprennent la duplication du site cible (surbrillance jaune) et la séquence de reconnaissance de l’endonucléase LINE1 (soulignée). Les séquences qui pourraient être mappées sur les deux génomes sont affichées en violet avec des mésappariements avec les séquences génomiques humaines en italique. Les flèches indiquent l’orientation de la séquence par rapport aux génomes humains et du SRAS-CoV-2 comme indiqué en C et D. (C) Alignement du Nanopore lu en B avec le génome humain (chromosome X) montrant le site d’intégration. Les séquences humaines au niveau de la région de jonction montrent le site cible, qui a été dupliqué lorsque l’ADNc de SARS-CoV-2 a été intégré (surbrillance jaune) et la séquence de reconnaissance d’endonucléase LINE1 (soulignée). (D) L’alignement du Nanopore lu dans B avec le génome du SRAS-CoV-2 montrant l’ADN viral intégré est une copie de l’ARN sous-génomique NC pleine longueur. Les régions surlignées en bleu clair sont agrandies pour montrer les séquences TRS-L (I) et TRS-B (II) (soulignées, ce sont les séquences où la polymérase virale saute pour générer l’ARN sous-génomique) et la fin de la séquence virale à la queue poly (A) (III). Ces caractéristiques de séquence virale (I – III) montrent qu’une copie d’ADN de l’ARN sous-génomique NC de pleine longueur a été rétro-intégrée. (E) Une paire de lecture chimérique humaine-virale issue du séquençage du génome entier apparié Illumina. La paire de lecture est représentée avec l’alignement sur les génomes humain (bleu) et SARS-CoV-2 (magenta). Les flèches indiquent les orientations de lecture par rapport aux génomes humain et du SRAS-CoV-2. La région en surbrillance (bleu clair) du mappage de lecture humaine est agrandie pour afficher la séquence de reconnaissance LINE1 (soulignée). (F) Distributions des jonctions chimériques humain – CoV2 du séquençage Nanopore (gauche) et Illumina (droite) en ce qui concerne les caractéristiques du génome humain.
Dans certains échantillons de tissus prélevés sur des patients, l’équipe a également trouvé des preuves suggérant qu’une grande proportion des séquences virales étaient transcrites à partir de copies d’ADN intégrées de séquences virales, générant des transcriptions chimériques viral-hôte.
Ces données et d’autres sont cohérentes avec un mécanisme de transcription inverse et d’intégration de rétroposition amorcée par la cible et suggèrent que la transcriptase inverse endogène de LINE1 peut être impliquée dans la transcription inverse et l’intégration des séquences du SRAS-CoV-2 dans les génomes des cellules infectées », écrit l’équipe .
Cependant, environ 30% des intégrants viraux n’avaient pas de site de reconnaissance d’endonucléase LINE1 à proximité reconnaissable, indiquant ainsi que l’intégration pourrait également se produire via un autre mécanisme.
Quelles sont les implications des résultats?
Jaenisch et ses collègues disent que les résultats soulèvent plusieurs questions qui nécessitent une enquête plus approfondie.
Par exemple, les chercheurs demandent si les séquences intégrées du SRAS-CoV-2 expriment des antigènes viraux chez les patients et si ceux-ci pourraient influencer l’évolution clinique de la maladie.
Si une cellule avec une séquence SRAS-CoV-2 intégrée et exprimée survit et présente un antigène viral ou néo-antigène après l’élimination de l’infection, cela pourrait engendrer une stimulation continue de l’immunité sans produire de virus infectieux et pourrait déclencher une réponse protectrice ou des conditions telles que l’auto-immunité comme cela a été observé chez certains patients », écrivent-ils.
Plus généralement, l’intégration de l’ADN viral dans les cellules somatiques peut représenter une conséquence d’une infection naturelle qui pourrait jouer un rôle dans les effets d’autres virus à ARN pathogènes courants tels que la dengue et le virus de la grippe, explique l’équipe.
Les résultats peuvent également être pertinents pour les essais cliniques de thérapies antivirales.
Si l’intégration et l’expression de l’ARN viral sont assez courantes, le recours à des tests PCR extrêmement sensibles pour déterminer l’effet des traitements sur la réplication virale et la charge virale peut ne pas toujours refléter la capacité du traitement à supprimer complètement la réplication virale car les tests PCR peuvent détecter des virus. des transcriptions qui dérivent de séquences d’ADN viral qui ont été intégrées de manière stable dans le génome plutôt que d’un virus infectieux », explique Jaenisch et ses collègues.
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