Depuis que le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) a été signalé pour la première fois fin 2019, le virus a subi de nombreuses mutations, avec l’émergence de multiples variantes. Certains d’entre eux ont montré une infectiosité accrue, tandis que d’autres sont résistants aux anticorps induits par la souche parentale ou le vaccin. On les appelle des variantes préoccupantes (COV).
Une nouvelle étude, publiée sous forme de prépublication sur le bioRxiv* serveur, décrit les effets biologiques induits par des mutations dans deux COV circulants. Il s’agit des souches alpha et bêta, également appelées B.1.1.7 et B.1.351, respectivement.
Sommaire
Arrière-plan
La variation entre ces souches et la souche parentale est principalement due à la protéine de pointe, qui médie à la fois l’attachement viral au récepteur de la cellule hôte – l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) – et subit ensuite un clivage protéolytique à l’interface S1/S2. Il en résulte qu’il est amorcé par l’enzyme hôte TMPRSS2 et d’autres protéases de la cellule hôte pour médier la fusion virus-cellule ainsi que la fusion cellule-cellule (formation de syncytium).
Cela entraîne l’entrée du virus dans la cellule pour établir une réplication virale et une infection productive. Les mutations de pointe affectent ainsi de multiples processus, y compris l’affinité de liaison à l’ACE2, le clivage protéolytique et l’incorporation de la pointe dans de nouvelles particules virales, et l’ajustement des sites de reconnaissance d’anticorps.
La réponse de la cellule hôte au virus implique la libération d’interféron (IFN), qui est important pour empêcher l’entrée et la réplication virales, ainsi que la formation de syncytium via les protéines transmembranaires induites par l’interféron (IFITM) 1, 2 et 3. Tous ces éléments sont largement antiviraux dans leur activité, améliorant probablement la rigidité membranaire et empêchant la fusion virus-cellule cruciale.
Ces protéines restreignent ainsi l’infection par plusieurs virus enveloppés, dont celui-ci. Cette réponse IFN est donc un élément clé de l’immunité innée contre les virus, limitant l’infection, et son altération est donc liée à une infection plus grave.
Réplication comparable, fusogénicité augmentée
Les chercheurs ont découvert que par rapport à la souche de référence D614G, les souches alpha et bêta présentaient des taux équivalents de réplication et de libération de virions dans diverses lignées cellulaires. Tous étaient également inhibés par l’IFN-β1.
Dans une culture cellulaire de cellules épithéliales des voies respiratoires humaines, les COV alpha/bêta ont produit un ARN viral un peu plus élevé, tandis que les résultats finaux étaient similaires en termes de niveaux de virions infectieux.
Les souches alpha/bêta ont conduit à la formation de syncytia mesurables plus élevés, respectivement de 4,5 et 3 fois, lorsque des doses identiques du virus ont été inoculées dans les cellules. Les syncytia étaient également inhibés pour les deux variantes lorsqu’ils étaient prétraités avec l’IFN-β1.
Fait intéressant, lorsque les protéines D614G, alpha- et bêta-spike ont été exprimées dans des cellules en culture, ces deux dernières ont montré un doublement de la formation de syncytia, tandis que la souche parentale Wuhan était un peu moins fusogène, par rapport au variant D614G.
Les résultats indiquent un plus grand degré de fusion des cellules au cours de la même période lorsqu’elles sont exposées à la même dose des variantes alpha ou bêta par rapport à la variante D614G. La formation de syncytium la plus rapide s’est produite avec le variant alpha, suivi du variant bêta, par rapport au variant D614G, tandis que l’introduction de ce dernier pic a augmenté la fusogénicité de la souche Wuhan.
Ceci révèle le rôle clé joué par le site de clivage S1/S2 dans la formation du syncytium. Cependant, aucun variant n’a acquis de résistance aux IFITM, ce qui a continué à réduire la fusogénicité.
Différentes mutations, différents effets
Parmi les mutations individuelles dans chacun de ces COV, la délétion Δ69/70 dans le RBD du variant alpha a altéré la génération de syncytia, mais cela a été contré par les mutations ponctuelles P681H et D1118H, en particulier la première qui provoquait une fusogénicité 2,5 fois supérieure à celle de la pointe D614G.
Pour la souche bêta, la délétion Δ242-244 et les mutations ponctuelles RBD K417N et E484K ont entraîné une réduction de la formation de syncytium, tandis que la mutation du domaine N-terminal (NTD) D251G a eu un petit effet correctif. La mutation E484K a également réduit la fusogénicité du variant alpha.
L’infection par le variant du SRAS-CoV-2 augmente la formation de syncytia dans les cellules fractionnées U2OS-ACE2 et Vero GFP. (A) Les cellules U2OS-ACE2 ou Vero exprimant GFP 1-10 ou GFP 11 (rapport 1:1) ont été infectées 24h après l’ensemencement et imagées 20h (U2OS-ACE2) ou 48h (Vero) après l’infection. (B) Panneau de gauche : la fusion a été quantifiée par zone GFP/nombre de noyaux et normalisée à D614G pour U2OS-ACE2 20 h après l’infection à MOI 0,001. Panneau de droite : images représentatives de l’infection U2OS-ACE2 20 h après l’infection, GFP-Split (vert) et Hoechst (bleu). Le haut et le bas sont les mêmes images avec et sans canal Hoechst. (C) Panneau de gauche : fusion quantifiée de cellules Vero infectées à MOI 0,01. Panneau de droite : images représentatives des cellules Vero 48h après l’infection, GFP-Split (vert) et Hoechst (bleu). Barres d’échelle : 200 µm. Les données sont la moyenne ± SD de 8 expériences indépendantes. Analyse statistique : ANOVA à un facteur par rapport à la référence D614G, ns : non significatif, *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, ****P < 0,0001.
Quel effet ces mutations ont-elles sur la liaison ACE2 ?
L’affinité de liaison pour le récepteur ACE2 était la plus élevée avec la variante à pointe alpha, avec la variante bêta en second. Les variantes D614G et Wuhan avaient successivement une affinité plus faible.
La haute affinité trouvée avec les variantes alpha et bêta est principalement liée à la mutation RBD N501Y trouvée dans les deux. Le K417N trouvé uniquement dans ce dernier réduit l’affinité ACE2. La mutation E484K a un très petit effet positif sur la liaison au récepteur, et le mutant NTD Δ242-244 un effet négatif mineur.
Les variantes de pointe ont également modifié l’ajustement des épitopes ou des sites de liaison d’anticorps. Ainsi, un anticorps monoclonal (MAb) ciblant le RBD de la protéine de pointe n’a pas réussi à se lier au mutant K417N. Un deuxième anticorps RBD a montré un échec de reconnaissance plus diffus, suggérant que toute la structure de la pointe avait changé.
Un autre MAb dirigé contre la NTD n’a pas reconnu les COV alpha ou bêta, échouant spécifiquement à lier leurs mutations NTD ΔY144 et Δ242-244.
Quelles sont les implications ?
Les chercheurs ont démontré que les variantes alpha et bêta présentent les mêmes taux de réplication que le D614G tout en étant plus fusogènes, produisant plus de syncytia au cours de la même période avec la même dose virale. Ils étaient également plus rapidement fusogènes, ces deux effets étant liés à leurs mutations de pointe.
Cependant, l’immunité innée est restée active contre les deux variantes, en particulier l’IFN-β1, qui a inhibé l’infection par les deux. De plus, la fusogénicité des deux est restée sensible aux IFITM, contredisant les rapports récents selon lesquels la souche alpha était plus résistante à l’immunité innée médiée par l’IFN.
La fusogénicité élevée du variant alpha est due aux nombreuses mutations ayant un effet fusogène par rapport à la délétion unique qui réduit la formation de syncytium, en contraste direct avec les mutations principalement restrictives du variant bêta. Les chercheurs ont également identifié P681H (comme le P681R trouvé dans les variantes B.1.617.2 et B.1.617.3) comme étant la mutation la plus fusogène, agissant à l’interface S1/S2 pour cliver la protéine de pointe et favoriser la fusion entre les cellules .
Les mutations qui ont considérablement amélioré la liaison pointe-récepteur n’étaient pas toujours associées à la fusogénicité. Par exemple, avec N501Y et D614G, on a observé une augmentation de la fusion cellule-cellule pour n’augmenter qu’avec ce dernier.
Enfin, les mutants de pointe qui réduisent la fusogénicité, ou du moins la laissent inchangée, échappent avec succès à la reconnaissance des anticorps. Le mutant N501Y de haute affinité, en revanche, laisse le virus sensible aux anticorps neutralisants. Les mutations RBD E484K et K417N produisent des augmentations beaucoup plus faibles de l’affinité de liaison pour ACE2.
Cela indique qu’un certain degré de compromis s’est produit, ce qui permet au virus d’échapper à la neutralisation médiée par les anticorps même si son efficacité ultime en est altérée. La propagation réussie de ces souches peut indiquer la capacité de la combinaison de mutations à échapper à la reconnaissance en neutralisant les anticorps.
Cependant, tous les anticorps neutralisants ne restreignent pas la formation syncytiale ; certains inhibent seulement la fusion virus-cellule. Cela peut être dû au fait que le premier est plus résistant aux anticorps que le virus à l’extérieur de la cellule.
La montée en puissance de la souche alpha B.1.1.7 peut être due aux caractéristiques présentées ici, telles qu’une affinité élevée pour le récepteur ACE2 et une fusogénicité accrue, grâce auxquelles elle a dépassé la variante bêta à l’échelle mondiale. Une étude plus approfondie est nécessaire pour comprendre si ce sont les seules raisons et le rôle joué par les mutations sur ces caractéristiques biologiques dans les nouvelles variantes qui se propagent maintenant rapidement dans le monde entier.
*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, orienter la pratique clinique/le comportement lié à la santé, ou traités comme des informations établies.
