La pandémie actuelle de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) a entraîné plus de 6,4 millions de décès, et de nouveaux cas continuent d’apparaître. Avec les campagnes de vaccination généralisées, la propagation du virus devrait diminuer. L’apparition de percées d’infections et de réinfections a prouvé que cet espoir était faux.
Une nouvelle étude cartographie les mutations d’échappement trouvées dans diverses souches du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) qui pourraient les amener à échapper à la neutralisation par des anticorps ou à la détection par des tests antigéniques rapides qui reposent sur la liaison des anticorps pour un résultat positif .
Introduction
Des tests de diagnostic pour COVID-19 ont été lancés dès avril 2020, en utilisant in vitro signalement utilisant la séquence virale de la variante ancestrale du virus, la variante Wuhan. Avec l’émergence de nouvelles variantes, des questions se sont posées sur les performances de ces tests, car ils exploitent la capacité des anticorps à reconnaître et à se lier aux antigènes viraux. Cette reconnaissance est renversée en présence de mutations d’échappement.
L’étude actuelle, publiée dans la revue Celluleprésente une nouvelle méthode pour évaluer l’impact de telles mutations cibles de N sur la reconnaissance de l’antigène par les anticorps diagnostiques utilisés dans les tests antigéniques rapides.
Les tests antigéniques rapides permettent de détecter rapidement et facilement la présence du SRAS-CoV-2. Dans la plupart des cas, ils utilisent l’antigène viral de la nucléocapside (N), qui est présent en abondance dans les particules virales ainsi que chez les individus infectés. La protéine N est la clé du cycle de vie viral, y compris la réplication virale et l’emballage. Il possède un domaine de liaison à l’ARN (N-RBD) et un domaine de dimérisation (N-DD), autour desquels se trouvent trois régions désordonnées.
Les anticorps se lient à des épitopes, des régions antigéniques spécifiques qui ont une structure complémentaire au domaine de liaison de l’anticorps. La cartographie des épitopes est un domaine qui utilise plusieurs techniques, telles que la détermination de la structure, la spectrométrie de masse ou la mutagenèse dirigée, pour aider à identifier les sites de mutation d’échappement sur l’antigène. Cependant, aucune des méthodes utilisées à l’heure actuelle ne peut mesurer directement l’effet d’une mutation donnée sur la liaison des anticorps.
De nombreux chercheurs se tournent vers le balayage mutationnel profond (DMS), une méthode qui examine la plupart ou la totalité des mutations d’une protéine via une bibliothèque de mutants ou de séquences uniques. Ces séquences peuvent être projetées simultanément à l’aide de in vitro techniques de sélection pour enrichir les mutations pertinentes.
Lorsqu’il est utilisé parallèlement aux méthodes d’affichage de la surface cellulaire, le DMS a aidé à étudier les interactions des protéines de pointe du SRAS-CoV-2 avec le récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine hôte 2 (ACE2) et les mutations clés qui perturbent la liaison pointe-anticorps au niveau de la pointe RBD.
Dans la présente étude, des cellules de mammifères sont utilisées pour l’affichage en surface de la protéine N afin de réaliser le test de liaison quantitative directe des anticorps. En combinant cela avec le DMS en utilisant une bibliothèque de toutes les substitutions d’acides aminés possibles sur toute la longueur de la protéine N, les chercheurs ont pu effectuer un test complet des effets de toutes les mutations possibles sur la liaison de l’antigène à 17 anticorps de diagnostic actuellement utilisés pour tester ce virus.
Le résultat est une image complète des mutations d’échappement possibles pour chaque anticorps, notées pour le potentiel d’échappement dans chaque région. Les scores montrent l’abondance de la mutation donnée dans le groupe de cellules exprimant des mutations d’échappement. Ainsi, il montre l’effet de chaque mutation sur la liaison des anticorps.
Les scores aident ainsi à identifier à la fois les épitopes et la sensibilité de l’anticorps diagnostique aux mutations dans ou à proximité de l’épitope. Les données aident à comprendre comment chaque mutation sur ces sites affecte la reconnaissance des anticorps. De cette manière, la force de liaison de l’anticorps sur l’ensemble de la bibliothèque de séquences mutationnelles N a été mesurée, en tenant compte de chaque mutation ponctuelle possible.
Qu’a montré l’étude ?
Comme prévu, la plupart des mutations ne réduisent pas la liaison des anticorps, cet effet étant confiné à un petit ensemble de mutations à des sites bien définis. Cela inclut les épitopes liés par des anticorps tels que R040, C706 et 3C3. Avec le premier, toute mutation à trois positions distinctes provoque une liaison réduite, mais seuls les changements d’acides aminés chargés ou polaires à une autre position produisent cet effet.
Les deux derniers sont des exemples d’anticorps se liant à des épitopes 3D où seules quelques mutations sont significativement associées à une liaison d’anticorps nettement réduite. Avec 3C3, une substitution E323 a presque toujours un impact important, mais pas à V324, où seules des mutations dans des acides aminés chargés ou aromatiques provoquent une liaison réduite.
Globalement, cela montre qu’un épitope donné est sensible à certaines substitutions mais pas à d’autres et met en évidence les informations détaillées disponibles avec cette plateforme.
Toute mutation au niveau de trois sites dans l’épitope de R040 et de quatre sites dans l’épitope C706 a aboli la liaison, mais en dehors de ces épitopes, les mutations étaient insignifiantes. Fait intéressant, avec 3C3, deux mutations ont aboli la liaison et une autre a réduit l’affinité de liaison de 2 ordres de grandeur. Un quatrième n’a eu qu’un effet léger, mais les deux autres anticorps ont capté ce mutant à des niveaux de liaison normaux.
Cela indique que le mauvais repliement partiel de la protéine provoqué par cette dernière mutation était inadéquat pour réduire l’affinité de liaison avec ces anticorps. Des effets à longue portée sur la liaison ont également été observés avec certaines mutations N-RBD, indiquant que la liaison peut réduire sans changement notable d’affinité.
L’étude a fourni une mine d’informations sur l’endroit où les anticorps se lient à la protéine N. Il démontre comment différents anticorps s’échappent via leurs ensembles distinctifs de mutations d’échappement, aidant à démêler le mécanisme sous-jacent d’échappement et permettant aux anticorps d’être distingués même lorsqu’ils se lient à des épitopes qui se chevauchent.
Les tests antigéniques rapides fonctionnent sur la base de deux anticorps, l’un dans un solide et l’autre dans une phase mobile, les deux devant se lier à l’antigène pour générer un signal. Fait intéressant, les données de cette étude indiquent que ces ensembles diagnostiques d’anticorps se lient à différents épitopes, de sorte qu’il est peu probable que les deux aient le même score d’échappement élevé dans une région de protéine N donnée. Cela signifie que tous les anticorps utilisés dans ces tests peuvent se lier simultanément, validant la fiabilité de ces tests.
Ensemble, ces données montrent que le DMS peut être utilisé pour guider la sélection de paires d’anticorps appropriées dans la conception de nouveaux tests antigéniques.”
Conséquences
Les résultats montrent la valeur des tests antigéniques rapides pour détecter les mutations dans les variantes actuelles et plus anciennes du SRAS-CoV-2. Il est peu probable que les mutations de la protéine N connues à l’heure actuelle entraînent un échec au test.
Deuxièmement, en présentant les résultats des tests de liaison pour toutes les mutations ponctuelles possibles, y compris celles qui pourraient survenir à l’avenir, ils sont importants pour un suivi plus approfondi de l’évolution de ce virus et du développement de la pandémie. Ceci est d’une immense valeur pour la gestion clinique et de la santé publique.
Encore une fois, cette méthode combinant le DMS avec l’affichage de la surface des cellules de mammifères est supérieure à l’étalon-or actuel, la cartographie des épitopes structurels, car elle évalue directement la reconnaissance des anticorps de l’antigène de pleine longueur tout en utilisant la bibliothèque mutationnelle pour mesurer la liaison avec toute mutation possible.
Même s’il n’identifie pas directement l’épitope, il fournit une empreinte digitale de mutation d’échappement spécifique à l’anticorps. Cela peut être utilisé plus largement pour examiner comment les mutations antigéniques affectent la liaison des anticorps. Il peut être adapté pour étudier les interactions protéine-protéine en général, à condition qu’un système puisse être conçu pour exprimer les protéines de chaque côté.
De plus, cela peut aider à comprendre d’autres processus comme la maturation de l’affinité dans le centre germinal des cellules B, y compris l’augmentation de l’affinité des anticorps à mesure que la spécificité augmente et la résistance aux mutations antigéniques.
