À ce jour, l’une des clés de la pandémie de COVID-19 a été l’émergence de variants du SRAS-CoV-2 qui ont augmenté la transmission et l’évasion immunitaire. Chaque variante possède un ensemble de mutations qui peuvent être suivies par séquençage, mais on sait peu de choses sur leurs effets sur la pathogenèse.
Ce nouveau Recherche sur le SRAS-CoV-2 est le premier à identifier les gènes accessoires responsables de la pathogenèse in vivo ainsi qu’à identifier le rôle des gènes de pointe variants sur la réplication et la maladie chez la souris. L’isolement du rôle des mutations Spike dans les variantes identifie les mutations non-Spike comme principaux moteurs de la maladie pour chaque variante, ce qui conduit à l’hypothèse que l’aptitude virale dépend de l’équilibrage de la liaison accrue de Spike et de l’immuno-évasion avec des phénotypes atténuants dans d’autres gènes du SRAS-CoV -2 génome.
Malgré le développement et le déploiement de vaccins contre le SRAS-CoV-2, la pandémie persiste. La propagation continue du virus est largement due à l’émergence de variantes virales, qui peuvent échapper aux vaccins actuels grâce à des mutations de la protéine Spike. Bien que ces différences dans Spike soient importantes en termes de transmission et de réponses vaccinales, ces variants possèdent des mutations dans les autres parties de leur génome qui peuvent affecter la pathogenèse. Les mutations présentes dans les gènes accessoires sont particulièrement intéressantes, car il a été démontré qu’elles contribuent à la pathogenèse de l’hôte par le biais de la signalisation immunitaire innée, entre autres effets sur la machinerie de l’hôte.
Pour étudier en détail les effets des mutations de protéines accessoires et d’autres mutations sans pointe sur la pathogenèse du SRAS-CoV-2, l’équipe de l’étude a synthétisé des virus où la pointe WA1 est remplacée par chaque gène de pointe variant dans un SARS-CoV-2/WA- 1 clone infectieux.
L’équipe d’étude a ensuite caractérisé la réplication in vitro et in vivo de ces virus et les a comparés aux virus variants complets.
Les résultats de l’étude ont révélé que les mutations sans pointe dans les variantes peuvent contribuer à la réplication du SRAS-CoV-2 et à la pathogenèse chez l’hôte et peuvent conduire à atténuer les phénotypes dans les variantes préoccupantes en circulation.
Les résultats de l’étude suggèrent que si les mutations de Spike peuvent améliorer la liaison aux récepteurs et l’entrée dans les cellules, les mutations dans les protéines accessoires peuvent entraîner une diminution de la maladie clinique, un délai prolongé pour savoir qu’une infection existe chez un individu et donc un délai accru pour que la transmission se produise.
Les résultats de l’étude ont été publiés sur un serveur de prépublication et font actuellement l’objet d’un examen par les pairs. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.05.31.494211v1
Une caractéristique unique des coronavirus est l’inclusion de gènes dans le 3&rs quo; fin du génome propres à chaque famille de coronavirus. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19052324/
Ces gènes sont appelés « gènes accessoires » car, bien que propres à chaque famille, ils ne sont pas essentiels à la réplication.
Cependant, il a été démontré que bon nombre de ces gènes de la famille des coronavirus modifient les voies de l’hôte, notamment la signalisation de l’interféron, la progression du cycle cellulaire et d’autres réponses antivirales assorties à l’infection virale qui améliorent la réplication et la pathogenèse.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26378163/
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17596301/
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33947832/
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34437657/
L’équipe d’étude a conçu deux manières d’analyser les conséquences fonctionnelles des gènes accessoires dans le SRAS-CoV-2 in vivo. Premièrement, ils ont produit des virus de délétion qui ont supprimé chaque ORF de notre clone infectieux de SARS-CoV-2. Deuxièmement, ils ont produit des virus SARS-CoV-2 mutants qui contenaient le pic de chaque variante précédemment en circulation. Au fur et à mesure que des variantes du SRAS-CoV-2 sont apparues, l’incidence croissante des mutations à la fois à l’intérieur et à l’extérieur de la pointe a été notée. Bien que les mutations de la pointe puissent améliorer l’entrée et la cinétique de l’infection, les mutations observées dans les autres gènes peuvent modifier la gravité de la maladie par des interactions avec le système immunitaire de l’hôte.
Dans l’étude, l’équipe a cherché à différencier le rôle des mutations de pointe dans chaque variante et celles des autres gènes du génome variant. Comme bon nombre de ces mutations sans pointe dans le génome se trouvent dans les ORF accessoires, l’équipe de l’étude a décidé de coupler leur travail avec leurs pointes variantes dans les virus WA-1 avec leur travail avec des virus de délétion accessoires. Cela leur a permis de déterminer quels ORF accessoires contribuent de manière significative à la pathogenèse par infection par nos virus de délétion, et de lier les mutations dans les ORF variants correspondants aux impacts sur la fonction et la pathogenèse des ORF.
Les résultats de l’étude des travaux avec les virus de délétion accessoires ont révélé que ORF3a et ORF3b contribuent de manière significative à la réplication virale chez les souris K18-hACE2. Les souris infectées par un virus de délétion WA1ΔORF3a/b ont démontré une perte de poids atténuée et des titres pulmonaires significativement réduits au jour 2 et au jour 4. Les résultats de l’étude ont montré qu’un virus de délétion ORF3a/b est atténué chez la souris et est soutenu par des travaux publiés précédemment comme le fait la découverte que WA-1ΔORF6 n’est pas atténué chez la souris. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34133899/
Les résultats de cette étude ont également révélé que les délétions d’ORF7a, ORF7b et ORF8 montrent un titre pulmonaire réduit, ce qui n’a pas été trouvé dans les expériences actuelles. Cela peut être dû à des différences d’inoculation dans le modèle où les souris ont été infectées avec une dose non létale de 103 pfu au lieu de 105 pfu comme utilisé dans l’étude précédente.
Auteur correspondant, le Dr Matthew Frieman du Département de microbiologie et d’immunologie, University of Maryland School of
La médecine a dit à la Thaïlande Actualités médicales« Il est possible que nous observions une atténuation de la perte de poids et de la réplication virale de WA-1ΔORF7a / 7b et WA-1ΔORF8 à des doses plus élevées ou dans différents milieux de souris, qui n’ont pas été étudiés ici. »
Fait intéressant, les profils de cytokines et de chimiokines pulmonaires de souris infectées par WA-1ΔORF3a/b ont démontré une expression réduite de cytokines et de chimiokines inflammatoires par rapport à WA1. Cette différence est très probablement attribuée au fait que le virus WA-1ΔORF3a/b démontre une réplication atténuée chez la souris.
Comme prévu, la réplication atténuée de WA-1ΔORF3a/b entraîne une régulation négative des cytokines et des chimiokines impliquées dans le recrutement des neutrophiles, notamment Ccl7, Csf3, Cxcl1, Cxcl3 et Cxcl5.
Cependant, il existe un petit sous-ensemble de gènes qui sont régulés positivement dans les poumons WA-1ΔORF3a/b. Deux de ces gènes régulés positivement sont Il4 et Il5, qui fonctionnent pour conduire la réponse Th2. Surtout, COVID-19 est connu pour biaiser une réponse Th2 en stimulant la production d’Il4 et d’Il5.
Considérant que le virus WA-1ΔORF3a/b est atténué par rapport à WA-1, on s’attendrait à une régulation négative de ces cytokines. La régulation à la baisse d’Il4 pourrait en partie s’expliquer par son rôle dans le processus de remodelage tissulaire, la clairance plus rapide de WA-1ΔORF3a/3b permettant la réparation tissulaire.
Il a également été découvert qu’un autre de ces gènes régulés positivement, adipoq, code pour l’hormone de sensibilisation à l’insuline, l’adiponectine. Fait intéressant, des niveaux réduits d’adiponectine sont associés à une insuffisance respiratoire sévère chez les patients COVID-19. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8077126/
L’équipe d’étude a déclaré que les travaux futurs pour caractériser le rôle de ces cytokines et chimiokines dans la pathogenèse du SRAS-CoV-2 se concentreront sur la façon dont ces voies interagissent avec les gènes accessoires du virus.
Au fur et à mesure de l’émergence de variants du SARS-CoV-2, l’étude a noté l’apparition de mutations ponctuelles dans les gènes accessoires du SARS-CoV-2. Pour élucider l’impact des mutations sans pointe sur la pathogenèse virale, l’équipe de l’étude a synthétisé des pointes variantes dans le squelette WA-1.
L’équipe d’étude s’est concentrée sur la synthèse des lignées B.1.351, B.1.1.7 et P.1. Lors de la comparaison de la réplication in vitro des variantes parentales à leurs pointes de variantes appariées dans WA-1, l’équipe de l’étude n’a pas constaté de nombreuses différences significatives dans la réplication dans les cellules VeroE6. La seule différence significative était une diminution significative du titre viral surnageant à 72 heures de P.1 S dans WA-1 par rapport à P.1.
Cependant, chez les souris K18-hACE2, l’absence de différences réplicatives in vitro pour B.1.351 S dans WA-1 et B.1.1.7 dans WA-1 s’est reflétée. Les souris infectées par B.1.351 dans WA-1 n’ont présenté aucune différence de perte de poids, de titre pulmonaire et de titre cérébral par rapport aux souris infectées par B.1.351. Cela était également vrai pour les souris infectées par B.1.1.7 par rapport aux souris infectées par B.1.1.7 S dans WA-1.
Les résultats de l’étude de l’expérience BALB/c différaient significativement pour le B.1.351 S dans l’appariement WA1/B.1.351, avec B.1.351 S dans WA-1 montrant une perte de poids et des titres pulmonaires atténués par rapport à B.1.351. Les souris infectées avec B.1.1.7 S dans WA-1 ont montré une augmentation du titre pulmonaire au jour 2, mais aucune différence de perte de poids n’a été observée par rapport à B.1.1.7. Les différences réplicatives les plus significatives chez les souris BALB/c et K18-hACE2 ont été observées avec P.1 et P.1 S dans WA-1. Dans les deux groupes de souris, les souris infectées par P.1 S dans WA-1 ont démontré une perte de poids accrue et des titres pulmonaires significativement plus élevés par test de plaque et qPCR que les souris infectées par P.1. Chez les souris K18-hACE2, l’ARN cérébral et les titres cérébraux ont également tendance avec ces données, bien que les valeurs ne soient pas significatives.
Compte tenu des différences significatives de P.1 S dans la réplication de WA-1 et P.1 in vivo, l’équipe de l’étude a analysé l’expression des gènes de cytokines et de chimiokines dans les poumons du jour 2 et du jour 4 de ces souris. Par rapport à P.1, le P.1 S dans le profil de cytokine et de chimiokine WA-1 différait le plus au jour 2. La plupart des changements significatifs observés impliquaient la régulation à la hausse des gènes impliqués dans le recrutement des neutrophiles. Le gène le plus régulé à la hausse était cxcl5, qui a été impliqué comme le principal chimioattractant des neutrophiles dans le SRAS-CoV-2 et une cause majeure d’inflammation. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7671918/
Par conséquent, il n’est pas surprenant que ce gène soit régulé positivement en raison de l’augmentation du titre pulmonaire de P.1 S dans WA-1 par rapport à P.1.
Les gènes d’intérêt sous-régulés comprennent thpok et Il5, qui sont importants pour la différenciation des lymphocytes T CD4+.
Il est important de noter que cette découverte pourrait suggérer qu’il existe une certaine inhibition de la voie de recrutement des cellules T CD4 + par les gènes sans pointe dans WA-1 qui est atténuée ou absente dans P.1. Il existe également des preuves de la perte de l’antagonisme précoce de l’interféron dans les gènes sans pointe de P.1, car les niveaux d’IFNγ dans les poumons du P.1 S chez les souris WA-1 ont été réduits au jour 2 par rapport aux souris P.1. malgré les titres pulmonaires plus élevés chez les souris infectées par P.1 S dans WA-1. Cependant, cette différence n’a pas été observée au jour 4.
Ce travail démontre que l’ORF3a/b joue un rôle important dans la pathogenèse et les réponses de l’hôte au SARS-CoV-2. Il est intéressant de noter que deux des variants de pointe des virus WA-1 étudiés ici, B.1.351 et P.1, possèdent des mutations dans ORF3a. Cela indique que l’émergence de mutations dans les ORF accessoires variants, en particulier l’ORF3a, contribue à la pathogenèse virale.
Les effets avantageux possibles sur l’aptitude virale et la probabilité de transmission de ces mutations sont étayés par l’identification continue de mutations dans ces ORF dans de nouvelles variantes.
L’équipe d’étude interprète ces données pour suggérer que des mutations en dehors du pic pourraient être à l’origine de phénotypes critiques de l’infection et de la maladie par le SRAS-CoV-2.
Bien que les mutations de pointe puissent permettre un meilleur engagement d’ACE2 pour faciliter l’entrée dans les cellules ainsi que l’évasion des anticorps, les mutations dans les protéines accessoires peuvent en fait avoir un impact négatif sur la maladie conduisant à des phénotypes cliniques moins graves. L’équilibre de ces deux stratégies peut conférer des cours plus longs de réplication et de propagation du virus dans les poumons tout en permettant une augmentation du temps de transmission du virus d’une personne infectée à ses contacts.
L’équipe de l’étude émet l’hypothèse que cet équilibre est essentiel pour la poursuite de l’évolution du SRAS-CoV-2 et, à mesure que de nouvelles variantes émergent, nous identifierons des mutations supplémentaires en dehors du pic qui contribuent de manière significative à la réplication, à la transmission et à la pathogenèse virales.
