SARS-CoV-2 : balayez pour remonter aux origines !

L’épidémie mondiale d’infections au SARS-CoV-2 semble avoir une origine zoonotique. En effet, ce virus est génétiquement très proche des virus du sous-genre des Sarbecovirus, présents chez la chauve-souris et le pangolin. En particulier, les compositions en acides aminés de la protéine Spike (PS), protéine d’enveloppe facteur essentiel de fusion virale avec la cellule cible, sont très voisines (96 à 97 % d’homologie).

Le travail présenté dans cet article considère l’hypothèse globale qu’une souche d’origine animale a pu tout d’abord s’implanter chez l’homme puis que, grâce à des mutations ultérieures stables, a pu s’adapter à ce nouvel hôte (qui est devenu un de ses réservoirs naturels) et ainsi déclencher l’épidémie actuelle.

Pour explorer cette hypothèse, Kang et coll. ont recherché, par comparaison avec des souches animales de référence, la présence de mutations spécifiques à la souche SARS-CoV-2 (humaine). Dans un second temps, l’impact de ces mutations sur le pouvoir d’adaptation à l’espèce humaine est exploré.

Recherche par balayage sélectif

La recherche de mutations a été réalisée par la méthode du balayage sélectif (selective sweep) qui permet de localiser les mutations stables du génome. L’analyse a porté sur les génomes de 182 792 souches de SARS-CoV-2 issus de la base de données GISAID EpiCov.

Les souches animales de référence étaient 4 souches de Sarbecovirus, un coronavirus du pangolin et trois de la chauve-souris.

Huit régions comportant des mutations spécifiques stables (retrouvées dans toutes les souches humaines étudiées) ont été identifiées. Parmi les 4 régions situées dans le domaine codant pour la PS, une est potentiellement impliquée dans l’adaptation évolutive du SARS-CoV à l’espèce humaine.

C’est sur cette dernière que l’étude s’est focalisée : la mutation concerne le codon 372 de l’ARNm (mutation génomique correspondante : A1114G) et entraîne une modification de la composition en acides aminés de la PS en substituant une thréonine (présente dans la PS des 4 souches virales de référence) par une alanine (PS de la souche virale d’origine humaine, mutation T372A).

Étude structure – activité biologique et avantage adaptatif

L’impact spécifique de la mutation T372A sur la structure tridimensionnelle de la PS est étudié par modélisation moléculaire comparative entre les PS de 4 souches différentes de coronavirus mutés. Il apparaît ainsi que la PS T372A a, spécifiquement, un site de glycosylation de surface en moins.

Cette modification structurelle pouvant avoir des conséquences sur les propriétés in vivo, les conséquences de la mutation sur l’activité biologique de la PS, en particulier en terme de capacité adaptative de la souche virale aux cellules humaines, sont étudiées expérimentalement.

Dans un premier temps, il est montré, par méthode ELISA, que la mutation est associée à une affinité significativement augmentée pour le récepteur cellulaire humain du SARS-CoV-2, l’ACE2 (EC50 = 12,48 ± 1,26 ng/ml ; p < 0,0001).

Puis, l’impact spécifique de la mutation T372A sur la réplication virale est quantifié sur culture de cellules épithéliales pulmonaires humaines Calu-3. Pour cela, la souche mutée T372A est comparée, en particulier, à la souche originelle supposée T372 (souche ne se différenciant que par l’absence de la mutation T372A, le codon 372 codant pour la thréonine). Pour obtenir cette dernière, les auteurs ont mis au point une technique d’ingénierie génétique reverse complexe, associant mutagénèse dirigée chez la levure et RCA (Rolling Circle Amplification), appliquée à la souche T372A et la transformant ainsi en souche T372.

L’étude montre que la souche T372A présente une capacité de réplication dans les cellules humaines pulmonaires significativement supérieure à celle de la souche T372 (titres viraux supérieurs à J2, J3 et J4 post infection des cultures ; p respectivement = 0,0033, < 0,0001 et < 0,0001).

En conclusion, ce travail expérimental démontre que la mutation T372A confère à la souche de SARS-CoV2 porteuse un important avantage adaptatif à l’espèce humaine et suggère qu’elle a été un des facteurs nécessaires à rendre possible la transmission inter-humaine.

Dr Bruno Delage

Référence
Kang L., He G., Sharp A.K., Wang X., Brown A.M., Michalak P., Weger-Lucarelli J : A selective sweep in the Spike gene has driven SARS-CoV-2 human adaptation. Cell, 2021 ; publication avancée en ligne le 7 juillet. doi.org/10.1016/j.cell.2021.07.007

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Vos réactions (1)

  • Quel degré d'augmentation ?

    Le 04 août 2021

    Dans votre post vous écrivez: "une affinité significativement augmentée pour le récepteur cellulaire humain du SARS-CoV-2, l’ACE2 (EC50 = 12,48 ± 1,26 ng/ml ; p < 0,0001)." mais en fait vous ne donnez que la valeur finale mais pas le niveau d'augmentation. S'agit il d'un facteur 2, 10, 100 et c'est sur le rapport de cote que vous devriez fournir un petit p statistique ;-)

    Merci de la précision.

    Pierre Roques (virologiste)

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