L’infection par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) confère une immunité contre les coronavirus humains saisonniers (HCoV). On ne sait pas si l’infection par le SRAS-CoV-2 provoque une augmentation des anticorps préexistants spécifiques au HCoV ou suscite des anticorps β-CoV à réaction croisée qui ciblent les épitopes conservés.
Une étude publiée dans la revue Avancées scientifiques utilise la méthodologie de cartographie des épitopes polyclonaux basée sur la microscopie électronique (EMPEM) pour élucider les épitopes de pointe du β-HCoV ciblés par des anticorps sériques préexistants et les compare aux épitopes ciblés par les anticorps provoqués par l’infection par le SRAS-CoV-2 à l’aide d’un épitope polyclonal basé sur la microscopie électronique méthodologie de cartographie (EMPEM).
Les chercheurs ont analysé les structures des anticorps (colorés) de donneurs sains en tant que molécules liées à la protéine de pointe des coronavirus courants comme OC43 (représenté ici en blanc/gris). Image Scripps Recherche
Sommaire
Coronavirus humains
Un tiers des infections par le rhume sont causées par les HCoV. Deux αHCoV, 229E et NL63, et deux βHCoV, OC43 et HKU1, sont endémiques dans la population humaine. Une majorité de la population contracte des infections par le HCoV avant l’âge de 15 ans. Cependant, le taux d’infection et la prévalence diffèrent entre les différentes zones géographiques.
Comme la population est exposée aux HCoV, la plupart des individus ont des anticorps contre ces virus. Les anticorps ciblent la protéine de pointe et la protéine de nucléocapside des virus. Cependant, les niveaux d’anticorps diminuent avec le temps et des réinfections peuvent se produire, parfois en moins d’un an.
Les β-CoV comprennent également le CoV hautement pathogène du syndrome respiratoire du Moyen-Orient (MERS), le SARS-CoV et le SARS-CoV-2. La pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) est le résultat de la pathogénicité et de la transmissibilité élevées du SRAS-CoV-2.
Réactivité du sérum humain aux pics de β-CoV. (A) Titres de liaison ELISA EC50 aux pointes OC43, HKU1, MERS, SARS et SARS-CoV-2 et titres de neutralisation de la concentration inhibitrice médiane (IC50) contre le virus OC43 et le virus de la stomatite vésiculeuse (VSV) – SRAS pseudotypé ou SARS-CoV- 2 pour les sérums PP de huit donneurs sains et les sérums SC de trois donneurs SARS-CoV-2. La glycoprotéine du virus Ebola (EBOV GP) a été utilisée comme contrôle négatif pour détecter la liaison sérique non spécifique. Les titres sériques EC50 ou IC50 sont codés par couleur dans des dégradés d’orange ou d’aigue-marine, respectivement. (B) Classes bidimensionnelles (2D) représentatives et vues latérales et supérieures des figures composites de l’analyse ns-EMPEM des Fab polyclonaux de huit sérums PP avec la pointe OC43. (C) Résumé du graphique à barres des épitopes de pointe OC43 ciblés par les sérums de donneurs PP. Les anticorps anti-NTD-site 1 ont été observés dans les moyennes de classe 2D pour le donneur 269 mais ne se sont pas reconstruits en 3D, comme indiqué par les lignes pointillées. (D) Figures composites de l’analyse ns-EMPEM des Fab polyclonaux du donneur 1412 avec la pointe HKU1. Les Fab dans (B) et (D) sont codés par couleur sur la base de leurs spécificités d’épitope comme indiqué en bas. Les pointes OC43 ou HKU1 dans (B) et (D) sont représentées en gris clair ou gris foncé, respectivement.
Protéine de pointe
La protéine de pointe se lie au récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) des cellules hôtes. Cette liaison médie l’entrée cellulaire. Par conséquent, la protéine de pointe décide de la gamme d’hôtes et des types de cellules infectées (tropisme cellulaire). C’est également la cible clé des anticorps neutralisants et par conséquent l’antigène majeur pour le développement de vaccins.
Le pic SARS-CoV-2 est similaire à 69,2 % au pic SRAS et à 27,2 % similaire au pic OC43. Il partage peu de similitudes avec le pic des autres β-CoV. Même ainsi, l’immunité préexistante contre les HCoV est en corrélation avec les résultats de la maladie COVID-19. Cela pourrait être dû à une augmentation des anticorps spécifiques au pic anti-HCoV après une infection par le SRAS-CoV-2. Alternativement, cela pourrait être dû au fait que l’infection par le SRAS-CoV-2 suscite des anticorps qui réagissent de manière croisée avec le pic de HCoV.
Fait intéressant, les personnes infectées par le SARS-CoV-2 ayant des niveaux élevés d’anticorps anti-SARS-CoV-2 ont également des niveaux accrus d’anticorps anti-β-HCoV.
4. Analyse ns et cryo-EMPEM de Fab polyclonaux provenant de sérums de donneurs SC. (A) Classes 2D représentatives et vues latérales et supérieures des figures composites de l’analyse ns-EMPEM des Fab polyclonaux de trois donneurs SC complexés avec des pointes β-CoV. Les numéros des donneurs ainsi que les pointes CoV correspondantes sont indiqués au-dessus de chaque panneau en (A). Les Fab sont codés par couleur sur la base de leurs spécificités épitopiques comme indiqué en bas à gauche. Les pointes SARS-CoV-2, OC43, HKU1 et MERS sont représentées respectivement en gris ardoise, gris clair, gris foncé et beige. Les reconstructions tridimensionnelles affichant des anticorps auto-réactifs potentiels sont affichées en gris dans les coins supérieurs droits pour les donneurs 1988 et le donneur 1999 en complexe avec la pointe SARS-CoV-2. (B) Figure composite montrant cinq classes d’anticorps uniques, Fab11 à Fab15 colorées dans les tons de rouge, à la pointe du SRAS-CoV-2 NTD reconstruite à l’aide de l’analyse cryo-EMPEM des Fab polyclonaux des donneurs 1988 et 1989 complexés avec le SRAS-CoV-2– pointes stabilisées. (C) Représentation de surface de la pointe SARS-CoV-2 montrant les épitopes des Fab 11 à 15 de (B) sur un seul NTD (gris ardoise) avec une vue agrandie affichant les résidus de boucle comprenant chaque épitope. Les boucles 144 à 156 avec le glycane N149 forment un élément immunodominant couramment ciblé par les Fab 11 à 14. Les couleurs des sous-épitopes correspondent à chaque Fab montré en (B).
Analyses sériques
Les enquêteurs de cette étude ont généré des domaines protéiques solubles des protéines de pointe de HKU1, OC43, SARS, MERS et SARS-CoV-2. Ces constructions ont été caractérisées par microscopie électronique à coloration négative (ns-EM).
Des échantillons de sang ont été prélevés sur huit donneurs avant la pandémie de COVID-19 et sur trois donneurs qui ont subi une infection par le SRAS-CoV-2 après la pandémie. Les sérums ont été testés pour les anticorps anti-spike en utilisant un dosage immuno-enzymatique (ELISA).
Les huit sérums pré-pandémiques (PP) avaient des anticorps anti-spike OC43. Les anticorps de pointe anti-HKU1 étaient présents à des niveaux très faibles dans les huit sérums. Cela peut être dû au fait que OC43 est répandu dans le monde entier, tandis que HKU1 est moins répandu. Aucun de ces sérums n’avait d’anticorps de pointe anti-SARS-CoV-2. Un échantillon de sérum avait de faibles niveaux d’anticorps de pointe anti-SRAS et anti-MERS.
Les trois sérums de convalescent (SC) SARS-CoV-2 avaient des niveaux élevés d’anticorps anti-spike SARS-CoV-2. Ils avaient également des anticorps anti-SRAS, anti-MERS, anti-OC43 et anti-HKU1. Ainsi, l’infection par le SRAS-CoV-2 peut provoquer un certain niveau d’anticorps à réaction croisée contre les protéines de pointe β-CoV.
Ensuite, les enquêteurs ont déterminé si les sérums PP et SC neutralisaient le virus OC43 et les pseudovirus du SRAS et du SRAS-CoV-2. Comme prévu, aucun des sérums PP n’a neutralisé le pseudovirus du SRAS ou du SRAS-CoV-2. Les sérums SC ont neutralisé le virus OC43 et les pseudovirus SARS et SARS-CoV-2.
Analyses structurelles
Les chercheurs ont déterminé les épitopes spécifiques ciblés par les anticorps anti-spike dans les sérums PP par ns-EMPEM. Les structures des complexes anticorps-spike ont été analysées. Une partie des anticorps a été utilisée pour cette analyse, pas la totalité de l’anticorps.
Les chercheurs ont réalisé des études cryo-EMPEM à haute résolution avec la pointe OC43 en utilisant trois sérums PP.
Les enquêteurs ont également exploré la nature des anticorps anti-pointe suite à une infection par le SRAS-CoV-2. Les trois sérums SC ont été criblés pour le pic anti-SARS-CoV-2 par ns-EMPEM.
La cartographie structurelle des résidus de pointe anti-SARS-CoV-2 qui sont similaires ou identiques à au moins trois des quatre autres β-CoV a montré plusieurs patchs conservés dans la sous-unité S2 de la protéine de pointe qui peuvent provoquer des anticorps à réaction croisée. Ainsi, la sous-unité S2 est une cible pour la réactivité croisée entre les β-CoV.
Les sérums PP et SC avaient des anticorps de pointe anti-OC43. Deux sérums SC avaient des anticorps contre le site 1 du domaine N-terminal (NTD), deux sérums SC avaient des anticorps contre l’interface et un sérum SC avait des anticorps contre la sous-unité S2. L’anticorps anti-S2 ciblait l’hélice 1014 à 1030, une partie de la protéine de pointe hautement conservée à travers les β-CoV. Les sérums PP avec des niveaux élevés d’anticorps anti-OC43 avaient également des anticorps anti-SARS-CoV-2 qui n’étaient pas corrélés à la protection contre l’infection par le SARS-CoV-2.
Une infection par le SRAS-CoV-2 a entraîné une augmentation des niveaux d’anticorps de pointe anti-HKU1. Ces anticorps étaient spécifiques du domaine C-terminal (CTD) et/ou du domaine NTD et S2.
Des anticorps dirigés contre la sous-unité S1 ont été observés dans les sérums PP et SC, mais ceux dirigés contre la sous-unité S2 ont été enrichis dans les sérums SC.
Conclusion
Une infection par le SRAS-CoV-2 induit des anticorps à réaction croisée contre les épitopes de pointe β-CoV conservés tout en stimulant certains anticorps anti-pointe HCoV. Cette stimulation croisée est en corrélation avec la pathogenèse du COVID-19. Ce renforcement croisé peut également fournir une immunité contre les HCoV saisonniers aux personnes vaccinées ou précédemment infectées par le SRAS-CoV-2.
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