Dans une récente étude publiée dans la revue Génétique PLOSles chercheurs ont exploré l’édition de l’acide ribonucléique (ARN) du coronavirus-2 (SARS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère dans les cellules hôtes.
Étude : L’édition d’ARN augmente la diversité nucléotidique du SRAS-CoV-2 dans les cellules hôtes humaines. Créditeur d’image : Orpheus FX / Shutterstock
La pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) causée par le SRAS-CoV-2 a entraîné plus de 491 millions de cas dans le monde et plus de 6,15 millions de décès.
En deux ans, la communauté des chercheurs a étudié et caractérisé de manière approfondie le SRAS-CoV-2 avec des milliers de génomes viraux séquencés à partir de patients atteints de COVID-19.
Ces caractérisations ont été essentielles pour comprendre les caractéristiques évolutives et pathogènes du SRAS-CoV-2 et concevoir des thérapies efficaces. Cependant, les connaissances sur la variation des nucléotides et la plasticité du génome viral sont limitées, en particulier les modifications de l’ARN causées par les cellules hôtes.
Chez l’homme, le changement d’adénosine en inosine (A à I) catalysé par l’adénosine désaminase agissant sur l’ARN 1 (ADAR1) est la modification d’ARN la plus courante, et la machinerie de traduction reconnaît l’inosine résultante comme guanosine (G).
De plus, la mesure dans laquelle le génome du SRAS-CoV-2 est soumis à l’édition de l’ARN à l’intérieur des cellules hôtes reste inconnue. Il est crucial d’évaluer si l’édition d’ARN se produit dans le génome du SRAS-CoV-2 car le virus utilise le brin moins (-) de son ARN comme matrice pour la réplication. Tout changement de nucléotide, s’il est induit, pourrait provoquer des variations génétiques dont les générations suivantes pourraient hériter. En outre, le génome du SRAS-CoV-2 est largement codant pour les protéines, contrairement aux génomes humains. Par conséquent, tout changement de nucléotide dans l’ARN refléterait, avec une forte probabilité, des changements dans les séquences d’acides aminés de la protéine.
L’étude et les conclusions
L’étude actuelle a identifié un pool de variantes de nucléotides à partir de lectures de séquences méta-transcriptomiques avec un pipeline bioinformatique et a testé si des sites d’édition d’ARN réels étaient présents dans la collection.
Tout d’abord, les lectures de séquences méta-transcriptomiques des échantillons de liquide de lavage bronchoalvéolaire ont été systématiquement analysées. Une plate-forme bioinformatique a été développée pour détecter les variants nucléotidiques uniques (SNV) qui pourraient supprimer les lectures de faible qualité, identifier les lectures virales avec Fastv, couper les nucléotides terminaux, générer un alignement de haute qualité et détecter les SNV avec une fréquence allélique variable significative (VAF).
Sur les 19 échantillons évalués, un ne présentait aucun SNV détectable ; dans le reste des échantillons, un schéma cohérent de substitutions A > G et thymidine (T) > cytidine (C). Les SNV, A> G et T> C, correspondent à la transition A-à-I dans les brins positifs (+) et (-), respectivement, de l’ARN du SRAS-CoV-2. Les auteurs ont observé environ 144 SNV récurrents avec un VAF allant de 0,5 % à 70 % et ont obtenu un ensemble de séquences candidates A-to-I. L’analyse des séquences flanquant les sites candidats a révélé une déplétion en G et une préférence d’enrichissement aux positions -1 et +1 des sites d’édition, respectivement. L’édition de l’ARN sur environ 55 % des sites a entraîné des modifications non synonymes, principalement dans l’ORF1ab et la protéine de pointe.
Identification des sites candidats d’édition d’ARN A-to-I à partir de données de séquençage métatranscriptomique d’échantillons de patients COVID-19. (A) Une illustration de dessin animé montrant l’édition d’ARN A à I médiée par ADAR sur les brins positifs et négatifs du SRAS-CoV-2, ce qui provoque des substitutions A> G et T> C, respectivement. (B) Le pipeline bioinformatique pour identifier les SNV. (C) La distribution de 12 types de SNV possibles dans huit échantillons représentatifs (deux par étude). Voir les échantillons restants étudiés dans S2 Fig. (D) La distribution de six types de SNV distincts à différents seuils de VAF (les types de SNV appariés correspondant aux mêmes changements de SNV dans les brins positifs et négatifs sont combinés). (E) La distribution de six types de SNV distincts a été identifiée avec la même procédure (VAF : 0,5 % à 70 % et récurrence ≥ 3 échantillons). https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1010130.g001
Alors que l’ARN du SRAS-CoV-2 se réplique dans le cytoplasme de la cellule hôte, abritant l’isoforme p150 ADAR1, le groupe de recherche a émis l’hypothèse que les sites d’édition d’ARN inférés auraient une affinité de liaison plus élevée pour ADAR1. Un réseau neuronal hybride a été construit sur la base de l’immunoprécipitation par réticulation ADAR1 (CLIP) suivie d’un pic de séquençage à haut débit (CLIP-seq) défini pour prédire l’affinité de liaison. Il a été noté que de nombreux sites d’édition d’ARN avaient une plus grande tendance à se lier à ADAR1.
Les données de séquençage de l’ARN (ARN-seq) ont été obtenues à partir d’une lignée cellulaire infectée par le SRAS-CoV-2. Le ruxolitinib, un agent immunosuppresseur, a significativement réduit les niveaux d’expression d’ADAR1 dans les cellules infectées. L’inhibition était plus apparente pour son isoforme p110 et l’édition de l’ARN était plus faible sur les sites candidats.
Sur les 84 sites d’édition candidats, 75 % présentaient des niveaux d’édition réduits, indiquant l’effet direct d’ADAR1 des cellules hôtes sur l’édition de l’ARN viral A-to-I. Les sites d’édition d’ARN étaient enrichis en grappes, c’est-à-dire que la distance entre les sites d’édition d’ARN était plus courte. CROSS, un algorithme informatique de prédiction de la structure de l’ARN, a révélé que les sites d’édition de l’ARN avaient une propension significativement élevée à former des structures secondaires. Les substitutions d’acides aminés induites par les événements d’édition d’ARN ont été étudiées dans le contexte de l’affinité de liaison de l’épitope des lymphocytes T à l’antigène leucocytaire humain (HLA) et une affinité de liaison améliorée avec le peptide édité par rapport au peptide de type sauvage a été notée.
conclusion
La présente étude a rapporté qu’ADAR1 médie l’édition d’ARN A-to-I de l’ARN du SRAS-CoV-2 dans les cellules hôtes. Ainsi, l’édition de l’ARN pourrait représenter un autre facteur de variation génétique du génome du SRAS-CoV-2 façonnant son évolution et sa plasticité. En plus de l’isoforme p150 ADAR1, l’isoforme p110 a également été observée comme médiateur de l’édition de l’ARN viral.
L’édition de l’ARN induite par la cellule hôte pourrait accélérer l’évolution virale. Pourtant, son sort dépend de l’effet de fitness et est soumis à des pressions de sélection telles que la sélection purificatrice si elle est jugée délétère et la sélection positive si elle est jugée avantageuse. L’une des rares limites de l’étude comprend la non-validation expérimentale des sites d’édition d’ARN.
