Biotech en Asie – Des mutations uniques pourraient affaiblir la souche indienne SARS-CoV-2 – Act-in-biotech

Une nouvelle étude publiée sur le serveur de préimpression bioRxiv* en juin 2020 suggère que la présence de mutations uniques dans les souches virales circulant en Inde a conduit à leur atténuation.

Séquençage des génomes viraux

Le syndrome respiratoire aigu sévère coronavirus-2 (SRAS-CoV-2) est à l’origine de la pandémie de COVID-19 en cours. Au 10 juin 2020, il avait causé plus de 7,13 millions de cas et plus de 406 000 décès. En Inde, l’épidémie a commencé lentement et tardivement mais a déjà causé plus de 267 000 cas et 7 700 décès.

La mortalité enregistrée jusqu’à présent indique un taux de létalité d’environ 3,4%, ce qui est de loin inférieur à celui des flambées de SRAS ou de MERS. D’un autre côté, la pandémie actuelle est due à une souche qui se propage beaucoup plus rapidement que l’une des flambées précédentes.

En l’absence de vaccin ou de médicament thérapeutique efficace, les équipes scientifiques du monde entier travaillent dur pour comprendre le génome viral, la pathogenèse de la maladie et les facteurs qui contribuent à la gravité de la maladie. La survenue de mutations est importante car celles-ci pourraient potentiellement perturber l’efficacité de tout vaccin ou agent thérapeutique adapté en modifiant la structure antigénique du virus.

Le Gujarat Biotechnology Research Centre (GBRC), Gujarat, Inde, fait partie des nombreuses institutions impliquées dans le séquençage viral. Il a déjà complètement séquencé plus de 144 souches de SARS-CoV-2 circulant dans l’État, à l’aide d’échantillons provenant du centre d’essai d’État. L’étude montre certaines mutations uniques dans les isolats indiens.

Mutations dans une souche indienne

L’article actuel décrit deux échantillons provenant d’un couple marié âgé de 66 ans, qui a contracté l’infection de leur fils, qui à son tour l’a acquise via la propagation dans la communauté. Dans tous les cas, l’infection était bénigne. La séquence du génome obtenue à la fois du mari et de la femme avait une taille d’environ 29 902 pb, ce qui correspond à une seule suppression de nucléotides par rapport à la souche Wuhan.

La suppression unique s’est produite à différents endroits dans ces souches. De plus, il y avait dix mutations au total dans chaque génome par rapport à la souche Wuhan.

L’analyse des mutations a montré que des mutations nucléotidiques uniques conduisaient à des changements d’acides aminés, provoquant éventuellement un changement conformationnel de la protéine structurale virale.

La substitution de la proline par la leucine au 323e résidu de RdRP modifie sensiblement l'interaction inter-atomique des résidus d'acides aminés autour du site de mutation. L'effet de la mutation sur la structure de RdRP a été montré où le bleu représente une rigidité dans la structure et le rouge représente un gain de flexibilité. (b et c) Les interactions inter-atomiques des résidus au voisinage du 323e acide aminé de la protéine RdRP de type sauvage et de la protéine RdRP mutée par P323L, respectivement.

La substitution de la proline par la leucine au 323e résidu de RdRP modifie substantiellement l’interaction inter-atomique des résidus d’acides aminés autour du site de mutation. L’effet de la mutation sur la structure de RdRP a été montré où le bleu représente une rigidité dans la structure et le rouge représente un gain de flexibilité. (b et c) Les interactions inter-atomiques des résidus au voisinage du 323 e acide aminé de la protéine RdRP de type sauvage et de la protéine RdRP mutée par P323L, respectivement.

Les mutations et leurs effets

Chez les deux patients, il y avait une mutation ponctuelle de C241T dans une région non traduite à l’extrémité 5 ‘, qui a une chance négligeable de produire des effets significatifs sur la réplication du virus.

Une autre mutation se trouve dans la protéine ORF1ab, à savoir C1059T, qui transforme la thréonine polaire non chargée en isoleucine hydrophobe. La thréonine interagit par des liaisons hydrogène avec les acides aminés polaires au plus profond de la structure protéique. Cela peut aider à former un virage dans la protéine en raison des positions relatives de la glycine et de la proline.

L’isoleucine pourrait cependant perturber un tel virage car il ne peut pas former de liaisons hydrogène, et pourrait en outre favoriser les interactions hydrophobes avec les résidus de phénylalanine qui l’entourent. Néanmoins, en l’absence de connaissances solides sur la protéine non structurale nsp2 ou l’une de ses structures homologues, aucun aperçu structurel n’a pu être fait.

Le nsp12 natif se lie aux cofacteurs (y compris nsp8) dans le complexe d’ARN polymérase ARN dépendante (RdRP). Les souches indiennes présentent la mutation C14408T dans cette région de liaison, qui substitue la proline à la thréonine. La proline provoque une rotation anormale de l’hélice alpha qui la abrite, qui est également l’un des sites d’interaction nsp12-nsp8.

Cela modifie la structure de l’hélice alpha et peut perturber la liaison de RdRP à nsp8, inhibant sa fonction. Ainsi, la mutation pourrait stabiliser cette région, la rendre très rigide et ainsi inhiber le bon fonctionnement de RdRP, ce qui pourrait nécessiter une flexibilité substantielle.

Une autre mutation nsp12, C15371T, remplace la thréonine polaire par le résidu méthionine hydrophobe, ce qui entraîne également une modification de la structure de nsp12. Les résidus de cystéine appariés près de la thréonine favorisent la formation de cystine via l’oxydation cellulaire. Les résidus de cystéine liés par des ponts disulfures ont une activité enzymatique et catalytique importante, qui joue un rôle important dans le repliement et la stabilisation des protéines extracellulaires en contact avec un milieu extracellulaire plus hostile.

Cette mutation pourrait donc perturber la formation de tels ponts disulfure et l’activité enzymatique conséquente. La chaîne latérale de la méthionine occupe un espace important et perturbe la structure et la stabilité de la protéine 3D. La méthionine sera séquestrée au sein de la protéine en raison de son hydrophobicité, ce qui réduit également la réactivité des résidus de cystéine voisins. D’un autre côté, l’emplacement de la mutation, dans une région de boucle flexible éloignée du site catalytique de RdRP, réduit les chances que la protéine subisse un changement structurel significatif en raison de la mutation.

Il en va de même pour la mutation C17747T, qui substitue la proline à la leucine dans nsp13 (une hélicase), à ​​distance du site fonctionnellement actif et dans une région de boucle flexible, réduisant les risques de perturbation significative de l’activité enzymatique.

L’A23403G est une substitution d’acide aspartique à la glycine, provoquant une mutation de la protéine S dans la boucle entre deux brins bêta antiparallèles successifs. La substitution par la glycine flexible pourrait perturber la structure des brins de l’un des quatre brins de la région. Étant donné que ces brins participent à la trimérisation de la protéine de pointe, nécessaire pour lier la protéine S au récepteur ACE2, cela pourrait inhiber la formation de trimère, en réduisant l’affinité de liaison de ces composants.

D’autres mutations incluent G25563T (glutamine en histidine dans la protéine ORF3a), la convertissant éventuellement en un site de clivage protéolytique mais laissant peut-être la fonction viroporine correspondante intacte.

Mutations affectant la réplication virale et la virulence

Le G28221T substitue un codon d’arrêt à l’acide glutamique, de sorte que l’extrémité C-terminale de l’ORF8 est tronquée par la suppression d’un segment long de 36 nucléotides. En substance, cela correspond au clivage du quatrième brin bêta dans cette région, perturbant probablement la fonction de la protéine. Fait intéressant, des chercheurs antérieurs ont signalé l’effet d’un étirement de 29 nucléotides dans le SRAS-CoV-1, qui était la mutation la plus apparente au début de sa propagation chez l’homme.

Surtout, cette suppression de 29 nucléotides a conduit à une réduction de 23 fois de la réplication virale, indiquant son effet atténuant sur le virus. Cela peut aider à expliquer pourquoi les souches indiennes semblent moins virulentes que les autres et peut indiquer que cette souche devrait être étudiée pour son potentiel dans le développement de vaccins.

Enfin, la mutation G28371T substitue la sérine au résidu hydrophobe isoleucine, dans une région de la protéine N éloignée de tout domaine fonctionnel et, par conséquent, peu susceptible de produire beaucoup d’effet sur la structure de la protéine. Cependant, elle est entourée d’un site de glycosylation, qui est une modification post-traductionnelle essentielle de la protéine qui confère la virulence. Cette mutation pourrait donc avoir un impact marqué sur la glycosylation des protéines virales.

L’étude identifie certaines raisons possibles de la perte de virulence dans les souches indiennes et offre des voies potentielles pour le développement de vaccins.

*Avis important

bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.

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