Première carte détaillée du transcriptome et de l'épitranscriptome pour un nouveau coronavirus (SARS-CoV-2)

Une équipe de chercheurs a publié la première carte détaillée du transcriptome et de l'épitranscriptome du SRAS-CoV-2 virulent qui cause la maladie COVID-19, la maladie qui est devenue une pandémie ravageant les pays développés et les moins développés du monde. L'étude, publiée dans la revue Cellule en avril 2020, pourrait aider au développement de nouveaux vaccins et thérapies.

Le virus

Le virus SARS-CoV-2 est un bêtacoronavirus, comme le coronavirus SARS et MERS. La structure du premier et du virus du SRAS est similaire à 80%. Alors que les coronavirus étaient considérés comme des virus affectant les oiseaux et les mammifères, les épidémies de SRAS, de MERS et de COVID-19 ont montré que cette famille de virus peut franchir les barrières des espèces pour provoquer une infection humaine et se propager facilement entre les humains.

Nouveau coronavirus SARS-CoV-2 Micrographie électronique à balayage colorisée d'une cellule apoptotique (verte) fortement infectée par des particules du virus SARS-COV-2 (jaune), isolée d'un échantillon de patient. Image capturée au NIAID Integrated Research Facility (IRF) à Fort Detrick, Maryland. Crédits: NIAID

Le nouveau coronavirus porte un vaste génome sous la forme d'une longue molécule d'ARN. Il s'agit du plus grand génome parmi les familles de virus à ARN, avec 26 à 32 kilobases.

Lorsque le virus pénètre et infecte une cellule hôte, il réplique le génome de l'ARN, mais génère également des fragments d'ARN plus petits appelés ARN sous-génomiques. Ceux-ci sont responsables de la synthèse d'autres protéines virales dans l'enveloppe, l'antigène de pointe et d'autres qui sont assemblées pour produire des particules virales complètes. Ceux-ci pourraient être des cibles appropriées pour la production de vaccins susceptibles d'interférer avec l'infection.

Bien que le génome ait été séquencé, la position des différents gènes n'a pas encore été définie avec précision, ce qui entrave la poursuite des travaux. Cela a motivé la présente étude, dirigée par les chercheurs Kim V. Narry et Chang Hyeshik, du Center for RNA Research de l'Institute for Basic Science (IBS), en Corée du Sud. En collaboration avec l'Institut national coréen de la santé (KNIH) au sein des Centres coréens pour le contrôle et la prévention des maladies (KCDC), ils ont réussi à cartographier les différents loci de gènes dans le génome viral. Les expériences ont confirmé chacun des ARN sous-génomiques prévus.

Comment ont-ils cartographié le génome viral?

L'équipe de chercheurs a utilisé deux techniques pour séquencer les ARN: le séquençage de nanobilles d'ADN et le séquençage d'ARN direct de nanopores (DRS de nanopores). Le premier est capable de séquencer avec précision de courts fragments, à grande vitesse, produisant un grand nombre de telles lectures. Ce dernier permet le séquençage direct de la totalité de la molécule d'ARN, contrairement aux procédures conventionnelles qui nécessitent que l'ARN soit d'abord coupé en morceaux puis transcrit en inverse à l'ADN avant qu'une lecture puisse être effectuée. Bien que le DRS nanoporeux soit moins précis, le séquençage à lecture longue permet de lire de longues transcriptions imbriquées. Il fournit également des données sur les modifications chimiques directement en raison de sa détection d'ARN plutôt que d'ADNc. Les deux méthodes s'associent à merveille pour aboutir à une analyse complémentaire des ARN viraux.

Qu'est-ce que l'étude a montré?

La carte détaillée montre le transcriptome entier (gènes viraux) ainsi que l'épitranscriptome (les modifications chimiques sur le brin d'ARN qui n'affectent pas la séquence de base).

Plus tôt, les chercheurs pensaient que la particule virale contenait dix de ces ARN sous-génomiques, mais il est maintenant connu, à la suite de cette étude, qu'il n'y en a que 9. La technique de séquençage des nanobilles d'ADN a montré que le transcriptome viral est composé d'un grand nombre de événements de transcription discontinus.

Ils ont également obtenu des gains inattendus de l'étude, qui a révélé des dizaines d'ARN sous-génomiques jusqu'alors inconnus formés par la fusion et la suppression de nucléotides sur le brin d'ARN, ainsi que des mutations de décalage de cadre, accompagnant souvent le premier. Ils ont également trouvé plusieurs nouvelles modifications chimiques. Ces changements épigénétiques pourraient être à l'origine des modifications rapides de la constitution génétique du virus, disent-ils. Les modifications chimiques pourraient être la clé de la résistance du virus à l'attaque immunitaire de l'hôte. Des recherches antérieures ont montré qu'une multitude de modifications d'ARN régulent les ARN chez les eucaryotes et les virus.

En outre, ils postulent la présence de nouvelles propriétés pour ces ARN modifiés par rapport aux fragments originaux, malgré les informations de séquence de base identiques pour les deux. Ils visent à déchiffrer la signification de ces changements, par exemple, dans la réplication du virus et dans les réponses immunitaires de l'hôte qui en résultent, et à explorer son cycle de vie. La présence constante d'un raccourcissement de la queue, par exemple, dans des molécules d'ARN modifiées, pourrait signifier un effet sur le contrôle de la stabilité de l'ARN viral.

Les chercheurs résument: «Notre travail fournit une carte à haute résolution de SARS-CoV-2. Cette carte aidera à comprendre comment le virus se réplique et comment il échappe au système de défense humain. » «Nous croyons fermement que notre étude contribuera au développement de diagnostics et de thérapies pour lutter plus efficacement contre le virus», déclare Narry.