Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur de prétirage, les chercheurs ont présenté les réarrangements intragénomiques des β-coronavirus (CoV), dont le syndrome respiratoire aigu sévère CoV 2 (SARS-CoV-2).
La variation génomique observée entre les CoV distants ou étroitement associés comprend la recombinaison, les insertions, les délétions et les mutations ponctuelles. À travers ces variations, les CoV démontrent une résilience et une plasticité génomique importantes. L’incidence plus élevée de recombinaison a été attribuée à l’utilisation de l’ARN polymérase dépendante de l’acide ribonucléique (ARN) (RdRp) qui a déclenché un processus de commutation de matrice dans les CoV pour la transcription et la régulation de l’expression des gènes structurels et supplémentaires.
Étude : Réarrangements intragénomiques du SRAS-CoV-2 et d’autres β-coronavirus. Crédit d’image : NIAID
Sommaire
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont signalé plusieurs insertions génomiques de séquences de la région 5′-non traduite (UTR) dans les zones codantes du SRAS-CoV-2 et d’autres β-CoV. Pour cela, l’équipe a utilisé des séquences de nucléotides 5′-leader (c’est-à-dire TRS-L) et d’acides aminés résumées dans les trois cadres de lecture comme termes de recherche.
Ainsi, ils ont souligné la présence de réarrangements intragénomiques englobant des segments des séquences 5′-leader dans des isolats temporellement et géographiquement divers de SARS-CoV-2.
Résultats
Les résultats ont indiqué que chaque séquence nucléotidique 5′-UTR transloquée contient TRS-L à différents niveaux de tige-boucle 2 (SL2) et SL3. La présence de TRS-L pourrait avoir un impact sur l’expression du gène de la nucléocapside (N). Ce gène N était situé à proximité du gène ORF8 et toutes les insertions modifiaient l’extrémité carboxyle de l’ORF8. Dans certains isolats, ces insertions ont provoqué des modifications supplémentaires telles que des insertions, des délétions et des mutations ponctuelles. Une insertion comparable à l’extrémité carboxyle de l’ORF8 a été observée dans cinq Sarbecovirus β-CoV obtenus à partir de chauves-souris Rhinolophus habitant l’Indochine, le sud-ouest de la Chine et l’Angleterre.
La structure cristalline du SARS-CoV-2 ORF8 a révélé un noyau d’environ 60 résidus comparable à celui du SARS-CoV-2 ORF7a. Cependant, deux interfaces de dimérisation, une non covalente et une autre covalente, étaient uniques au SARS-CoV-2 ORF8. I121, F120, D119 et R115 sont attribués à l’interface dimère covalente à l’extrémité C-terminale de l’ORF8 modifiée par des insertions dérivées de 5′-UTR. En outre, R115 et D119 produisent des ponts salins entourant un noyau hydrophobe central, où V117 et son homologue lié à la symétrie interagissent. Les altérations induites par les insertions pourraient entraîner l’évasion immunitaire du SRAS-CoV-2 en influençant l’interaction ORF8 avec la signalisation du transport intracellulaire et en provoquant finalement une tempête de cytokines liée au SRAS-CoV-2.
Environ 5 % des lymphocytes T CD4+ étaient spécifiques à l’ORF8 dans la majorité des cas de SARS-CoV-2. De plus, ORF8 était responsable de 10 % de la réactivité des lymphocytes T CD8+ chez les individus guéris du SRAS-CoV-2. Des anticorps anti-ORF8 ont été observés chez des patients SARS-CoV-2 asymptomatiques et symptomatiques au cours de la phase précoce de l’infection, et les techniques de diagnostic de l’infection par le SARS-CoV-2, qui ne ciblent que des protéines auxiliaires ou des gènes comme ORF8, pourraient être impactées.
Dans deux isolats de SARS-CoV-2, un fragment plus court de la séquence leader 5′-UTR du SARS-CoV-2 que celui rapporté pour les insertions ORF8 a été répliqué et transloqué à l’extrémité ORF7b. Un isolat de SARS-CoV-2 avait un gène ORF8 tronqué et l’autre avait un ORF7b tronqué. Bien que l’importance de l’ORF7b du SRAS-CoV-2 soit inconnue, on a émis l’hypothèse qu’il médie l’apoptose induite par le facteur de nécrose tumorale (TNF) selon les preuves de culture cellulaire et le dysfonctionnement des récepteurs olfactifs en induisant l’auto-immunité.
Un fragment comparable du 5′-UTR correspondant à la séquence leader à l’intérieur du gène N structurel du SRAS-CoV-2 à l’extrémité de la région sérine et arginine (SR) a été observé. Le segment dérivé de 5′-UTR présentait des modifications dans cinq des sept positions, consistant en R203K/G204R, qui étaient bien connues pour accompagner les mutations de la protéine N. Cependant, la majorité des séquences de protéines N étaient hautement conservées, avec seulement un ou deux changements d’acides aminés entre les isolats.
Dans un autre groupe d’isolats de SARS-CoV-2, une séquence identique dérivée de 5′-UTR était présente dans le N. Cependant, il lui manquait le résidu de leucine (L) et la phénylalanine (F) modifiée en S, rapprochant la séquence à celle de la souche de référence Wuhan.
Une séquence traduite, DLFSK, d’un segment plus court du 5′-UTR a été trouvée aux acides aminés 36-40 du domaine de la nucléotidyltransférase (NiRAN) dans les isolats SARS-CoV-2 RdRp (Nsp12). Le RdRp était généralement bien conservé et avait moins de chances de recombinaison entre les CoV. Néanmoins, il s’est engagé dans la restructuration intragénomique de séquences dérivées de 5′-UTR.
Les séquences dérivées de 5′-UTR ont été trouvées dans le β-CoV Merbecovirus du syndrome respiratoire du Moyen-Orient CoV (MERS-CoV), les Embevovirus hCoV-OC43 et hCoV-HKU1, et les isolats de nobecovirus de chauve-souris. Ces réarrangements se trouvaient dans les régions intergéniques entre la pointe (S) et la protéine non structurelle 5 (Ns5) et entre S et NS4 des Embecovirus hCoV-OC43 et hCoV-HKU-1, respectivement. De plus, les réarrangements intergénomiques se sont produits à l’extrémité carboxyle de l’ORF4b et entre les ORF 3 et 4a du Merbecovirus MERS-CoV et au domaine de queue cytoplasmique Y1 de Nsp3 d’Eidolon et des Nobecovirus dérivés de la chauve-souris africaine Rousettus.
Néanmoins, aucune insertion 5′-UTR n’a été observée dans le SRAS-CoV-1, les α-CoV humains, le virus de la péritonite infectieuse féline, le Tegacovirus félin CoV, le sous-genre β-CoV comme le CoV bovin, le sous-genre δ-CoV comme le delta CoV porcin et le γ -Sous-genre CoVs comme la Turquie CoV. De plus, les insertions dérivées de 3′-UTR étaient absentes dans tous les virus évalués.
conclusion
Les résultats de l’étude ont présenté les réarrangements intragénomiques englobant les séquences dérivées de 5′-UTR dans la section codante du génome du SRAS-CoV-2. Selon les auteurs, il s’agit de la première description systématique des insertions 5′-UTR dans les β-CoV, y compris le SARS-CoV-2.
Le processus de changement de matrice semble être impliqué ou affecté par les gènes SARS-CoV-2 accessoires et structuraux, qui fournissent de nouvelles zones d’homologie pour le contact avec TRS-L. Les séquences dérivées de 5′-UTR engagées dans des réarrangements intragénomiques dans le SRAS-CoV-2 démontrées dans cette étude contiennent généralement du TRS-L. De plus, ils couvrent environ 50 % des séquences complémentaires conservées (CCS) en 5′, favorisant potentiellement la circularisation du génome à partir de régions plus proches de la 3′-UTR.
Dans l’ensemble, la présente étude sur les réarrangements intragénomiques démontre la remarquable flexibilité génomique des CoV, qui sous-tend les changements de virulence, d’échappement immunitaire et de transmissibilité signalés pendant la pandémie de COVID-19.
*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.
