La pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) ne montrant aucun signe de fin prochaine, la solution définitive est la réalisation de l’immunité de la population par la vaccination ou une infection naturelle. Avec les taux de mortalité inacceptablement élevés associés à cette dernière voie, le développement de vaccins efficaces qui peuvent induire des anticorps neutralisants contre l’agent causal de la maladie – le coronavirus du syndrome respiratoire aigu sévère 2 (SRAS-CoV-2) – est une question d’urgence.
Les anticorps thérapeutiques et ceux induits par les vaccins actuels sont efficaces pour neutraliser les antigènes viraux appartenant à la protéine de pointe du SRAS-CoV-2. Cependant, à mesure que de nouvelles variantes émergent, comprendre les épitopes auxquels ces anticorps protecteurs se lient est un domaine d’étude important. Il est également nécessaire d’explorer le développement de la résistance naturelle à la neutralisation du fait de ces variations.
Un nouvel article publié dans la revue Hôte de cellule et microbe décrit la sélection expérimentale de mutants du SRAS-CoV-2 associés à la résistance aux anticorps, avec des implications importantes pour le développement de vaccins et l’utilisation d’anticorps thérapeutiques.
Sommaire
Mutations dans le SRAS-CoV-2
Dans tout virus à ARN, il existe plusieurs séquences génomiques variantes, formant un essaim ou une quasi-espèce, autour d’un génome consensus central. Lorsque des anticorps neutralisants ou des médicaments agissent sur le virus, certains variants seront sélectionnés en raison de leur résistance à la neutralisation. Cela conduit à l’émergence de variantes résistantes, à condition que celles-ci aient une bonne aptitude.
Les coronavirus ont un taux de mutation relativement faible parmi les virus à ARN. Ceci est dû à la présence d’une enzyme de relecture pour corriger les changements aléatoires dans le génome de l’ARN introduits par les ARN polymérases virales dépendant de l’ARN (RdRp).
Cependant, le gène de pointe du SRAS-CoV-2 montre encore plus de 4 000 mutations, qui ont provoqué plus de 1 200 substitutions d’acides aminés. Parmi ceux-ci, près de 190 sont dans le domaine de liaison au récepteur (RBD). La présence d’un grand nombre de variants viraux en circulation indique le maintien de la forme virale.
De telles mutations non synonymes peuvent persister en raison de l’adaptation de l’hôte, de la sélection des mutations d’échappement par des anticorps neutralisants formés pendant l’infection naturelle, et peut-être de la réinfection d’individus dont l’immunité est affaiblie.
Sélection de mutants d’échappement
L’étude actuelle utilise un panel de 19 anticorps pour identifier les mutations d’échappement. Les chercheurs ont utilisé un virus de la stomatite vésiculaire (VSV) exprimant le pic de SARS-CoV-2, désigné par VSV-SARS-CoV-2. Ce virus de réplication peut former des titres élevés tout en engageant le récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine humaine 2 (ACE2). Il est également soumis à une neutralisation par des anticorps monoclonaux anti-spike.
Après avoir traité avec des anticorps neutralisants, les chercheurs ont séquencé des variantes formant des plaques. Ces isolats ont ensuite été autorisés à infecter les cellules en présence et en l’absence d’anticorps pour confirmer leur résistance.
Les chercheurs ont pu isoler 50 mutants d’échappement avec de multiples substitutions dans le RBD, souvent dans la région de contact direct avec ACE2. Cela suggère qu’avec de nombreux anticorps neutralisants qui se lient au côté de la RBD, le mécanisme d’action se fait par interférence allostérique avec la liaison du pic-ACE2. Un autre mécanisme possible consiste à inhiber les interactions du virus avec d’autres facteurs d’attachement.
Pour les mutations à la base RBD, l’inhibition allostérique de la conformation «up» requise pour sa liaison au récepteur ACE2 peut contribuer à la résistance.
Échapper à plusieurs monoclonaux
Ils ont également découvert que plusieurs mutations conféraient une résistance à plus d’un anticorps. Lorsque plusieurs substitutions avec des chaînes latérales différentes étaient possibles pour un résidu donné, chacun de ces changements a montré un modèle unique de résistance. S477N et S477G conféraient une résistance à tous les anticorps utilisés.
Les chercheurs recommandent une étude plus approfondie de la mutation S477N, une variante de pointe assez courante, en raison de sa large résistance au panel de monoclonaux étudiés ici. Cependant, cette mutation était encore sensible à la neutralisation par des sérums immuns humains, indiquant que cet épitope n’est pas immunodominant chez l’homme.
Échapper à l’inhibition par le sérum humain polyclonal
La substitution E484 par l’un quelconque des quatre résidus possibles était associée à une évasion de neutralisation par quatre sérums humains polyclonaux. L’un des quatre sérums n’était susceptible de s’échapper que par un changement à cette position. Les substitutions à E484 ont conduit à une augmentation de l’infectivité même en présence de sérums multiples.
Plusieurs autres substitutions ont permis d’échapper à l’inhibition par deux ou trois sérums.
Échapper à l’inhibition du leurre ACE2 soluble
D’autre part, la mutation F486S a été associée à l’échappement de l’inhibition par plusieurs anticorps, ainsi que par l’ACE2 humaine recombinante soluble, qui devait agir comme un leurre pour le virus, empêchant sa liaison au récepteur ACE2 de la cellule hôte.
Lorsqu’ils ont comparé les 50 variantes résistantes avec les isolats cliniques, ils ont constaté que certaines variantes déjà en circulation sont résistantes à la fois aux anticorps monoclonaux et polyclonaux. «La neutralisation des mAbs contre la RBD peut sélectionner des variantes ou des changements à des positions qui existent déjà au sein de la population humaine.»
Sélection de mutants d’échappement
Les chercheurs ont également pu démontrer que l’émergence de tels mutants d’échappement pouvait être ralentie, voire totalement bloquée, en utilisant des cocktails d’anticorps monoclonaux. De telles combinaisons se lient à différents epitopes sur la protéine de pointe. Cependant, si les souches en circulation contiennent déjà des mutations d’échappement à l’un des anticorps dans le cocktail, des mutations d’échappement supplémentaires peuvent être sélectionnées.
Quelles sont les implications?
L’étude montre que plusieurs mutants d’échappement, tels que S477N, sont résistants à la neutralisation par plusieurs anticorps monoclonaux. D’autres, comme E484K, ont échappé à la neutralisation par des sérums immuns humains. Cette dernière découverte indique que la réponse neutralisante polyclonale chez certains patients convalescents, au moins, est due à des anticorps qui ne se lient qu’à quelques épitopes.
Un bon nombre des mutants d’échappement, tels que E484, identifiés ici montrent des substitutions au niveau des résidus où les isolats en circulation présentent déjà des mutations. Cela implique que des variantes d’échappement peuvent émerger en présence d’une telle réponse polyclonale limitée. Cela limiterait l’utilité des vaccins qui induisent ces anticorps neutralisants, indiquant la nécessité d’augmenter le spectre des réponses d’anticorps neutralisants.
Deuxièmement, des anticorps thérapeutiques efficaces seront probablement nécessaires sous forme de cocktail, car les mutations d’échappement sont si facilement sélectionnées et sont déjà présentes à une fréquence élevée dans les isolats cliniques. Une connaissance précise de l’association de différents résidus avec la résistance à chaque anticorps monoclonal aidera à sélectionner les bonnes combinaisons, en évitant les mutations d’échappement qui se chevauchent.
Cependant, la résistance à de tels cocktails pourrait encore émerger via une fuite séquentielle, lorsqu’une variante qui échappe à la neutralisation par un monoclonale acquiert par la suite une mutation d’échappement pour un autre monoclonale. Ce processus a été démontré dans la présente étude et aidera à identifier ces mutants.
