Le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), l’agent causal de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), a fait des ravages en mutant et en circulant dans le monde entier.
Récemment, COVID-19 a été profondément affecté par l’émergence de la nouvelle variante SARS-CoV-2 Omicron, B.1.1.529. La variante Omicron semble déplacer Delta, devenant la variante dominante en circulation, dans la plupart des pays du monde.
Étudier: Atténuation indépendante des protéines de pointe du variant Omicron du SRAS-CoV-2 chez les souris de laboratoire. Crédit d’image : ktsdesign/Shutterstock
Des études ont rapporté que la variante omicron est connue pour échapper à l’immunité induite par le vaccin ou l’infection naturelle, en raison de plus de 30 mutations dans sa protéine de pointe. La variante Omicron contient plusieurs modifications d’acides aminés dans son domaine de liaison au récepteur (RBD), notamment S417N, T478K, E484A, Q493R, G496S, Q498R, N501Y et Y505H, qui peuvent modifier le tropisme d’espèce du virus.
N501Y a été trouvé dans les variantes Alpha (B1.1.7), Beta (B1.351) et P.1 et il a été démontré qu’il améliore la liaison des pointes à l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) humaine et de souris. L’apparition de N501Y, ainsi que d’autres mutations (K417M, E484K, Q493R et Q498R) est suggérée comme étant liée à l’adaptation de passage en série chez la souris. Notamment, peu d’études récentes ont rapporté que la variante Omicron induit souvent des maladies plus bénignes chez les animaux de laboratoire, souvent accompagnées d’une charge virale plus faible.
Afin de répondre à cette préoccupation, une nouvelle étude publiée sur le bioRxiv* Le serveur de préimpression a fourni la base structurelle d’une interaction robuste entre le domaine de liaison au récepteur de la protéine de pointe Omicron et l’ACE2 de souris. L’étude a également comparé la charge virale et la gravité de la maladie chez des souris de laboratoire infectées par la variante naturelle d’Omicron, des virus ancestraux recombinants portant la protéine de pointe Omicron ou uniquement les mutations N501Y/Q493R dans la pointe.
Résultats
Les particules pseudovirales à base de lentivirus emballées avec le virus chauve (pas de protéine de pointe), la pointe ancestrale WA1 et la protéine de pointe Omicron ont été autorisées à transfecter des cellules 293T avec des plasmides d’ADN pour exprimer l’ACE2 de 10 espèces (humain, porcs, furets, hamsters syriens, souris, pangolins, chauves-souris en fer à cheval, bovins, singes verts d’Afrique et hamsters chinois).
On l’a constaté que la plupart des homologues ACE2 étaient également capables de négocier l’infection de WA1- ou d’Omicron-pseudovirus. Cependant, l’expression de l’ACE2 de souris (mACE2) a permis des infections par le pseudovirus portant la pointe Omicron, mais pas par la pointe WA1. D’autre part, la chauve-souris en fer à cheval ACE2 (hACE2), cependant, n’a médié que l’entrée du pseudovirus portant la pointe WA1. Des résultats similaires ont été obtenus lorsque des pseudovirus codant pour le gène rapporteur de la luciférase de luciole (FLuc) ont été utilisés dans des transfections transitoires ou dans des lignées cellulaires hACE2 et mACE2 stables.
Le pseudovirus porteur de la protéine de pointe Omicron infecte efficacement les cellules exprimant mACE2. (A) Les cellules 293T ont été transfectées avec des plasmides d’expression ACE2 de 10 espèces, puis infectées par des pseudoparticules lentivirales portant la protéine de pointe de la variante Wuhan SARS-CoV-2 ou de la variante Omicron. Les cellules infectées seraient GFP positives (vert). Noyaux colorés en bleu. (B) Une expérience similaire a été réalisée comme dans A sauf que des pseudovirus exprimant la luciférase de luciole ont été employés. (C) Infection de cellules 293T stables hACE2 et mACE2 par des pseudovirus portant la protéine de pointe de la variante Wuhan SARS-CoV-2 ou de la variante Omicron. (D—G) Diverses coordinations de résidus chargés à l’interface ACE2-RBD. (D) hACE2-wtRBD (charge enfouie : 0), (E) mACE2-wtRBD (charge enfouie : −2 e), (F) hACE2-oRBD (charge enfouie : +2 e), (G) mACE2-oRBD ( charge enterrée : 0). (H et I) Coordinations interfaciales détaillées entre mACE2 et oRBD. (H) La liaison interfaciale près du pont de sel R498-D38. (I) La liaison interfaciale près du pont de sel R493-E35.
En outre, l’étude a utilisé des simulations de dynamique moléculaire (MD) dans un environnement de type physiologie pour reconnaître la base structurelle de l’interaction mACE2-Omicron RBD (oRBD).
En comparaison avec la souche SARS-CoV-2 de type sauvage, la variante Omicron a 15 mutations RBD, y compris les deux altérations chargées Q493R et Q498R, positionnées à l’intérieur du motif de liaison au récepteur (RBM) qui se lie directement à ACE2. Deux résidus chargés positivement (R493 et R498) ont été trouvés dans le RBM d’oRBD tandis que deux résidus neutres Q493 et Q498 étaient présents sur la surface RBD ancestrale de type Wuhan (whRBD).
Il a été constaté que les deux ponts salins (K353-D38 et E35-K31) résidant à la surface de liaison de hACE2 et deux résidus neutres, Q493 et Q498, présents sur la surface RBD ancestrale de type Wuhan (whRBD), formaient de l’hydrogène interfacial obligations. Les deux ponts de sel ont été partiellement enterrés après la liaison hACE2-whRBD, qui était énergétiquement favorable.
Lorsque hACE2 était lié à oRBD, la charge nette à l’interface était de +2 car R493 et R498 étaient enterrés (partiellement) à l’interface. Cet arrangement interfacial était énergétiquement défavorable et pourrait affaiblir la liaison interfaciale, mais la mutation N501Y très favorable a renforcé l’interaction oRBD-hACE2.
Alors que, lorsque mACE2 chargé négativement était lié à whRBD, deux résidus chargés négativement (D38 et E35), sur la surface de liaison de mACE2, se sont enfouis à l’interface de liaison, ce qui était énergétiquement défavorable. Lorsqu’il est chargé négativement, mACE2 attirait électrostatiquement l’oRBD chargé positivement, et les caractéristiques complexes de deux ponts salins (R493-E35 et R498-D38) enterrés à l’interface avec une charge nette nulle, qui était énergétiquement favorable, ont conduit à une meilleure liaison de mACE2 à oRBD .
L’infection de souris Balb/c âgées de 18 mois par le variant Omicron (isolat hCoV 19/USA/MD-HP20874/2021) a ensuite été caractérisée. L’étude comprenait un virus ancestral recombinant (WA1) portant l’intégralité de l’Omicron Spike (WA1-Omicron-S) et un contrôle positif Q493R/N501Y (WA1-Q493R/N501Y).
Les souris infectées par WA1-Omicron-S et Q493R/N501Y ont développé des symptômes cliniques trois et quatre jours après l’infection (DPI), et les charges virales identifiées chez les souris infectées étaient deux logs plus élevées que celles des animaux naturellement infectés. L’infection a également augmenté de manière significative l’expression du gène 15 stimulée par l’interféron (ISG15). L’histopathologie des tissus pulmonaires infectés par la variante naturelle d’Omicron a révélé que la majorité des animaux infectés présentaient une infiltration minimale de cellules immunitaires. Alors que les souris infectées par WA1-Omicron-S et WA1-Q493R/N501Y présentaient des infiltrats inflammatoires alvéolaires étendus.
Une limitation possible du travail actuel est l’inoculum limité, y compris le fait qu’une seule variation naturelle d’Omicron a été étudiée. En raison de l’inoculum minimal, les groupes d’étude peuvent avoir présenté une maladie bénigne dans l’ensemble.
Conséquences
En conclusion, ces résultats suggèrent que, malgré l’utilisation efficace de mACE2 par la variante Omicron, des modifications génétiques en dehors de la protéine de pointe dans la version naturelle d’Omicron contribuent à l’atténuation observée chez les souris de laboratoire.
En outre, la faible charge virale signalée chez les souris infectées par Omicron est peu probable en raison de l’incapacité de la variante à pénétrer dans les tissus de la souris, cependant, des altérations au sein de la protéine de pointe peuvent encore influencer la gravité de la maladie. L’étude actuelle a démontré que la diminution de la charge virale et l’atténuation observées chez les animaux de laboratoire sont liées au blocage post-entrée causé par des mutations à l’extérieur de la protéine de pointe dans la variante Omicron.
*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.
