Les effets des mutations de protéines accessoires et d’autres mutations sans pointe sur la pathogenèse du SRAS-CoV-2

La pandémie actuelle de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) a entraîné plus de six millions de décès sur environ 500 millions de cas – bien que plusieurs dizaines de millions de personnes soient sans aucun doute restées sans papiers et non diagnostiquées. L’agent causal est le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), qui est apparu en décembre 2019 à Wuhan avant de se propager dans toutes les régions du monde.

Le virus a muté en plusieurs variantes, certaines avec une plus grande pathogénicité et/ou des caractéristiques d’évasion immunitaire. Une nouvelle préimpression explore la contribution de ces mutations à la pathogénicité et à la transmission virales.

Introduction

Le SRAS-CoV-2 possède un génome d’acide ribonucléique (ARN) composé de cadres de lecture ouverts (ORF) qui codent pour des protéines réplicases, des protéines structurelles et des protéines accessoires. Le gène de la réplicase est situé à l’extrémité 5′ par ORF1a/b, suivi des quatre gènes structuraux pour les composants de la pointe, de l’enveloppe, de la membrane et de la nucléocapside du virus.

Entre ces gènes se trouvent les protéines accessoires qui sont uniques à chaque famille de virus. Celles-ci contribuent, d’une manière ou d’une autre, à la pathogenèse du COVID-19. Par exemple, la voie de signalisation de l’interféron déclenche des réponses antivirales et/ou inflammatoires.

Cependant, l’ORF3b du SRAS-CoV-2 perturbe cette voie, tandis que l’ORF7a bloque le gène stimulé par l’interféron (ISG) BST2. De même, la translocation de la protéine STAT1 dans le noyau, pilotée par l’expression de l’interféron, qui module l’expression de l’ISG, est contrée par l’ORF6 viral.

Les variantes du virus ont été principalement étudiées en termes de mutations de pointe puisque cette protéine médie l’attachement viral et l’entrée dans les cellules hôtes cibles. La pointe interagit avec la cellule hôte via le récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) et est l’antigène immunodominant. Des mutations de ce gène ont été associées dans certains cas à une évasion immunitaire.

Dans la prépublication actuelle, publiée sur le bioRxiv* serveur, les chercheurs se sont penchés sur le rôle joué par les protéines accessoires à l’aide de la technologie d’assemblage génomique synthétique. Ils se sont concentrés sur les délétions dans ORF3a/b, ORF6, 7a/7b et 8 dans la souche ancestrale du virus, en examinant d’abord l’effet sur l’aptitude réplicative in vitro. Par la suite, ils ont examiné comment ceux-ci affectaient la pathogenèse de l’infection par le SRAS-CoV-2 dans un modèle murin.

Ils ont également construit des variantes de protéines de pointe recombinantes sur un squelette WA-1. Ces variantes étaient identiques aux variantes de pointe Alpha, Beta et Gamma et comparées à la protéine de pointe ancestrale pour l’aptitude réplicative et la pathogenèse chez la souris.

Qu’a montré l’étude ?

Les scientifiques ont découvert que les délétions de gènes accessoires d’ORF3a et d’ORF3b (WA-1ΔORF3a/b) réduisaient l’aptitude réplicative du virus chez la souris. Les souris infectées par le virus de la délétion n’ont pas perdu autant de poids que les témoins infectés par la souche ancestrale (WA-1), et la charge virale dans le tissu pulmonaire aux jours 2 et 4 était beaucoup plus faible. Cela corrobore les recherches antérieures sur cette suppression.

Cependant, contrairement aux rapports antérieurs d’effets cliniques atténués avec des délétions d’ORF7a, ORF7b et ORF8 chez la souris, aucun effet sur la charge virale ne s’est produit dans les expériences actuelles. Cela pourrait être dû à des différences de dose infectieuse ou à différentes souches de souris.

Le WA-1ΔORF3a/b a également conduit à une expression plus faible des cytokines et des chimiokines inflammatoires qu’avec l’infection par WA-1, probablement en raison des niveaux de réplication plus faibles. Des effets similaires en aval ont été observés, comme prévu, sur le recrutement des neutrophiles. La régulation à la hausse des gènes I14 et I15 entraîne une réponse des cellules auxiliaires T de type 2 (Th2), observée dans les formes graves de COVID-19.

Ceci n’est pas concordant avec le phénotype clinique moins sévère de WA-1ΔORF3a/b. Une explication possible de la régulation positive, plutôt que de la régulation négative attendue, de ces cytokines pourrait être leur association avec la réparation tissulaire, qui se produit plus tôt chez ces souris en raison d’une clairance plus rapide du virus.

Adipoq est un autre gène régulé positivement chez ces souris et est associé à l’adiponectine, une hormone qui sensibilise les tissus à l’activité de l’insuline. Des niveaux inférieurs d’adiponectine sont associés à une insuffisance respiratoire sévère dans le COVID-19.

Il a été constaté que les variantes de pointe introduites dans un squelette WA-1 n’avaient aucun changement significatif dans leur réplication, mais la charge virale, telle que mesurée par le titre viral dans le surnageant à 72 heures, était inférieure avec la variante de pointe Gamma par rapport à la Gamma une variante.

Aucune différence n’a été trouvée dans la perte de poids, la charge virale ou le titre cérébral pour les deux autres variantes de pointe sur WA-1, par rapport aux variantes réelles, chez les souris K18-hACE2. Cependant, avec les souris BALB/c, la souche Beta spike-WA1 a produit un phénotype atténué par rapport à la variante Beta, tandis qu’avec la souche Alpha spike-WA1, le titre viral pulmonaire a augmenté au jour 2 sans aucune différence de perte de poids.

Dans les deux souches de souris, la plus grande différence a été observée avec la variante Gamma spike-WA1 par rapport à la variante Gamma, la première présentant un phénotype plus sévère en termes de perte de poids et de titres pulmonaires que la variante Gamma. Chez les souris K18-hACE2, il y avait une tendance à des titres viraux plus élevés dans le cerveau et à des concentrations d’ARN plus élevées, en deçà de la signification.

Les cytokines pulmonaires et les chimiokines ont également montré des différences les jours 2 et 4, encore une fois de manière plus significative dans la souche Gamma spike-WA1 par rapport à la souche Gamma. Les gènes de recrutement des neutrophiles étaient les plus touchés, CXCL5 montrant la plus forte augmentation d’expression. Fait intéressant, ce gène est un attractif majeur des neutrophiles dans COVID-19 et est impliqué comme cause de l’inflammation.

Des gènes comme thpok et I15 ont été régulés à la baisse. Étant donné que ceux-ci conduisent à la différenciation des lymphocytes T CD4 +, cette découverte peut indiquer que les gènes sans pointe WA-1 ont inhibé cette voie et que cette inhibition est perdue avec la variante Gamma à part entière.

Ce dernier montre également une perte d’antagonisme de l’interféron, médiée par des gènes sans pointe, puisque les souris infectées par Gamma avaient des niveaux d’interféron gamma plus élevés dans les poumons que les souris Gamma-spike-WA1. Cela va à l’encontre des titres pulmonaires plus élevés observés chez ces derniers. Cette différence s’est toutefois réglée au jour 4.

Quelles sont les implications ?

« Ce travail démontre que les ORF3a/b jouent un rôle important dans la pathogenèse et les réponses de l’hôte au SARS-CoV-2.” Ainsi, des mutations dans les protéines accessoires des variants viraux, et notamment ORF3a, semblent contribuer à la pathogenèse du COVID-19 avec les variants. Les variantes bêta et gamma avaient toutes deux des mutations ORF3a, et celles-ci continuent d’être trouvées dans des variantes plus récentes, indiquant leur importance pour l’aptitude réplicative et la transmissibilité.

« Nous interprétons ces données pour suggérer que des mutations en dehors du pic peuvent être à l’origine de phénotypes critiques de l’infection et de la maladie par le SRAS-CoV-2.” En d’autres termes, les mutations de pointe augmentent souvent l’affinité obligatoire ACE2, augmentant l’entrée virale dans des cellules et l’évasion immunisée. À l’inverse, les mutations accessoires réduisent la gravité clinique, permettant une réplication prolongée et une transmission virale accrue.

Ensemble, cela peut garantir que le virus continue de s’adapter avec une meilleure aptitude réplicative, transmissibilité et pathogénicité.

*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.