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Quelles cibles génétiques associées au nouveau coronavirus (SARS-CoV-2) ont été identifiées jusqu'à présent ?


Une hypothèse pour laquelle nous avons des preuves à l'appui est que le nouveau virus (SARS-CoV-2) "entre dans les cellules humaines par une interaction avec l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2" voir ici. Bien qu'il ne soit pas encore clair quels gènes cibler afin de prévenir l'infection (entrée ou reproduction).

Existe-t-il des preuves empiriques suggérant quels gènes peuvent être modulés pour combattre l'infection ?


C'est une question intéressante. Une étude récente publiée sur bioRxiv par des chercheurs de Xi'an, en Chine (pré-impression) soutient que CD147 peut également être un récepteur d'entrée pour le virus. Ils ont montré que l'entrée du virus peut être bloquée par un anticorps dirigé contre le CD147 humain.


Des chercheurs identifient des gènes associés à une augmentation significative du risque de COVID-19

Le fait d'avoir des variantes de risque génétiques dans le gène ABO pourrait augmenter considérablement les chances de développer COVID-19, et d'autres gènes peuvent également augmenter le risque de COVID-19, selon une recherche présentée à la conférence internationale ATS 2021.

Une grande partie du COVID-19 reste un mystère médical, notamment si certains gènes exposent les individus à un risque accru de contracter le virus SARS-CoV-2, qui cause le COVID-19. Ana Hernandez Cordero, PhD, boursière postdoctorale au Centre for Heart Lung Innovation, Université de la Colombie-Britannique, et ses collègues ont utilisé la génomique intégrative combinée à la protéomique pour identifier ces gènes.

La recherche génomique identifie des gènes spécifiques qui peuvent jouer un rôle dans des processus biologiques tels que le développement de maladies, tandis que la protéomique fait de même pour les protéines. Les chercheurs peuvent obtenir une image plus complète des processus pathologiques en intégrant des outils pour étudier les deux.

« L'ADN est une grosse molécule complexe et, par conséquent, les associations génétiques ne peuvent à elles seules identifier le gène exact responsable du COVID-19 », a déclaré le Dr Hernandez. "Cependant, en combinant les informations génétiques COVID-19 avec l'expression des gènes et les ensembles de données protéomiques, nous pouvons déterminer quels gènes sont à l'origine de la relation avec COVID-19."

Les chercheurs ont combiné des informations génétiques avec un examen de l'expression des gènes pulmonaires pour identifier les variantes génétiques qui contrôlaient l'expression des gènes dans les poumons et qui étaient responsables de COVID-19. Les chercheurs ont identifié des marqueurs de gènes spécifiques qui partagent leurs effets sur l'expression des gènes et les niveaux de protéines avec la sensibilité au COVID-19. Pour l'analyse, ils ont utilisé la bioinformatique pour intégrer : (1) un ensemble de données génomiques obtenu à partir de patients infectés par le SRAS-CoV-2 ainsi que d'individus non infectés (contrôles) (2) des ensembles de données d'expression génique des tissus pulmonaires et sanguins provenant de populations (non-COVID-19) et (3) un ensemble de données sur le protéome obtenu auprès de donneurs de sang (non-COVID-19).

Ce faisant, ils ont découvert que plusieurs gènes responsables de la réponse du système immunitaire au COVID-19 sont également impliqués dans la susceptibilité au COVID-19. Ce qu'ils ont découvert a été corroboré par les résultats de recherches antérieures.

À la recherche de gènes candidats dans les protéines sanguines, ils ont pu aller plus loin en reliant les effets des gènes à la susceptibilité au COVID-19. La protéomique sanguine peut également aider à identifier des marqueurs dans le sang qui peuvent être facilement mesurés pour indiquer l'état de la maladie, et potentiellement, pour surveiller la maladie.

"En exploitant la puissance de l'information génomique, nous avons identifié des gènes liés au COVID-19", a déclaré le Dr Hernandez. « En particulier, nous avons constaté que le gène ABO est un facteur de risque important pour COVID-19. Il convient de noter en particulier la relation entre le groupe sanguin ABO et le risque de COVID-19. Nous avons montré que la relation n'est pas seulement une association mais causale.”

En plus du gène ABO, le Dr Hernandez et ses collègues ont découvert que les personnes porteuses de certaines variantes génétiques pour SLC6A20, ERMP1, FCER1G et CA11 ont un risque significativement plus élevé de contracter COVID-19. « Ces personnes doivent faire preuve d’une extrême prudence pendant la pandémie. Ces gènes peuvent également s'avérer être de bons marqueurs de la maladie ainsi que des cibles potentielles de médicaments.”

Plusieurs des gènes identifiés dans l'analyse des chercheurs ont déjà été liés à des maladies respiratoires. Par exemple, ERMP1 a été lié à l'asthme. Le CA11 peut également augmenter le risque de COVID-19 pour les personnes atteintes de diabète.

Les associations génétiques pour COVID-19 et l'expression des gènes et des protéines ont été combinées à l'aide de la génomique intégrative (IG). L'IG vise à identifier les mécanismes (par exemple : les niveaux d'expression des gènes) qui relient les effets du code génétique à une maladie complexe. Ces méthodes, bien que complexes, sont également rapides et leurs résultats peuvent aider les chercheurs à prioriser les gènes candidats pour les tests in vitro (en laboratoire) et in vivo (dans les organismes vivants).

Le Dr Hernandez a ajouté : « Notre recherche a progressé depuis le moment où nous avons mené cette analyse pour la première fois. Nous avons maintenant identifié des candidats encore plus intéressants pour COVID-19 tels que IL10RB, IFNAR2 et OAS1. Ces gènes ont été liés à un COVID-19 sévère. Leur rôle dans la réponse immunitaire aux infections virales et les preuves croissantes suggèrent que ces candidats et leur rôle dans COVID-19 devraient être étudiés plus avant.

Référence : « L'analyse génomique intégrative met en évidence les facteurs de risque génétiques potentiels pour Covid-19 » par AI Hernandez Cordero, X. Li1, S. Milne, C. Yang, Y. Bossé, P. Joubert, W. Timens, M. Van den Berge, D. Nickle, K. Hao et DD Sin, 3 mai 2021, Conférence internationale ATS 2021.
Résumé


Une étude identifie un nouveau gène «caché» dans le virus COVID-19

Crédit : Pixabay/CC0 domaine public

Les chercheurs ont découvert un nouveau gène "caché" dans le SRAS-CoV-2 - le virus qui cause le COVID-19 - qui pourrait avoir contribué à sa biologie unique et à son potentiel pandémique. Dans un virus qui n'a qu'une quinzaine de gènes au total, en savoir plus à ce sujet et sur d'autres gènes qui se chevauchent – ​​ou « gènes dans les gènes » – pourrait avoir un impact significatif sur la façon dont nous combattons le virus. Le nouveau gène est décrit aujourd'hui dans la revue eLife.

"Le chevauchement des gènes peut être l'un des arsenal de moyens par lesquels les coronavirus ont évolué pour se répliquer efficacement, contrecarrer l'immunité de l'hôte ou se transmettre", a déclaré l'auteur principal Chase Nelson, chercheur postdoctoral à l'Academia Sinica à Taïwan et scientifique invité au Musée américain d'histoire naturelle. "Savoir que des gènes qui se chevauchent existent et comment ils fonctionnent peut révéler de nouvelles voies pour le contrôle des coronavirus, par exemple grâce à des médicaments antiviraux."

L'équipe de recherche a identifié ORF3d, un nouveau gène chevauchant dans le SRAS-CoV-2 qui a le potentiel de coder une protéine plus longue que prévu par hasard. Ils ont découvert que ce gène est également présent dans un coronavirus de pangolin précédemment découvert, reflétant peut-être une perte ou un gain répété de ce gène au cours de l'évolution du SRAS-CoV-2 et des virus apparentés. De plus, ORF3d a été identifié de manière indépendante et il a été démontré qu'il provoque une forte réponse en anticorps chez les patients COVID-19, démontrant que la protéine du nouveau gène est fabriquée lors d'une infection humaine.

"Nous ne connaissons pas encore sa fonction ou s'il y a une signification clinique", a déclaré Nelson. "Mais nous prédisons que ce gène est relativement peu susceptible d'être détecté par une réponse des lymphocytes T, contrairement à la réponse des anticorps. Et peut-être que cela a quelque chose à voir avec la façon dont le gène a pu apparaître."

À première vue, les gènes peuvent ressembler à un langage écrit dans la mesure où ils sont constitués de chaînes de lettres (dans les virus à ARN, les nucléotides A, U, G et C) qui transmettent des informations. Mais alors que les unités de langage (mots) sont discrètes et ne se chevauchent pas, les gènes peuvent se chevaucher et être multifonctionnels, avec des informations codées de manière cryptique selon l'endroit où vous commencez à « lire ». Les gènes qui se chevauchent sont difficiles à repérer et la plupart des programmes informatiques scientifiques ne sont pas conçus pour les trouver. Cependant, ils sont fréquents dans les virus. Cela s'explique en partie par le fait que les virus à ARN ont un taux de mutation élevé, ils ont donc tendance à maintenir leur nombre de gènes bas pour éviter un grand nombre de mutations. En conséquence, les virus ont développé une sorte de système de compression de données dans lequel une lettre de son génome peut contribuer à deux ou même trois gènes différents.

"L'absence de gènes chevauchants nous met en danger de négliger des aspects importants de la biologie virale", a déclaré Nelson. "En termes de taille du génome, le SARS-CoV-2 et ses parents sont parmi les virus à ARN les plus longs qui existent. Ils sont donc peut-être plus enclins à la" supercherie génomique "que les autres virus à ARN."

Avant la pandémie, alors qu'il travaillait au musée en tant que chercheur Gerstner en bioinformatique et en biologie computationnelle, Nelson a développé un programme informatique qui examine les génomes pour les modèles de changement génétique qui sont uniques aux gènes qui se chevauchent. Pour cette étude, Nelson s'est associé à des collègues d'institutions telles que l'Université technique de Munich et l'Université de Californie à Berkeley, pour appliquer ce logiciel et d'autres méthodes à la richesse des nouvelles données de séquence disponibles pour le SRAS-CoV-2. Le groupe espère que d'autres scientifiques enquêteront sur le gène qu'ils ont découvert en laboratoire pour définir sa fonction et éventuellement déterminer quel rôle il aurait pu jouer dans l'émergence du virus pandémique.


Vue d'ensemble des conventions de nommage pour les variantes du SARS-CoV-2

De multiples catégorisations de la diversité génétique du SRAS-CoV-2 se sont développées dans les organismes de recherche et de santé publique, ce qui a donné plusieurs noms pour chaque variante. Les chercheurs soulignent l'importance de se référer aux variantes par leurs noms scientifiques au lieu d'utiliser des termes géographiques pour éviter de stigmatiser les personnes et les lieux et pour réduire la confusion lorsque les variantes sont détectées à l'échelle mondiale. 5 Ce rapport fait référence à des variantes avec plusieurs conventions de dénomination principales (tableau). Une convention principale décrite par Rambaut et utilisée par le logiciel Pangolin attribue des noms en fonction des relations évolutives des virus [JMR1] [AT2] (par exemple, B.1.1.7). 6 Un autre projet, le projet de génomique Nextstrain, classe la diversité génétique du SRAS-CoV-2 en différents clades, qui sont des groupes de virus similaires en fonction de leur parenté phylogénétique, avec 11 clades nommés à ce jour : 19A, 19B, 20B, 20C, 20D , 20E (EU1), 20F, 20G, 20H/501Y.V2, 20I/501Y.V1 et 20J/501Y.V3. L'Initiative mondiale sur le partage de toutes les données sur la grippe (GISAID) utilise également un système de clade qui diffère de Nextstrain (par exemple, clade 20B pour Nextstrain clade GR pour GISAID). Public Health England utilise la nomenclature « VOC 202012/01 » dans laquelle VOC signifie « variante préoccupante », les chiffres incluent une référence à l'année et au mois de la découverte et le numéro de la variante (01). 7 La nomenclature « 501Y.V2 » fait référence à une substitution dans le 501e site d'acides aminés de la protéine de pointe SARS-CoV-2 utilisée par l'équipe qui a identifié la variante.


Les scientifiques identifient les gènes associés au risque de COVID-19

TORONTO -- Les scientifiques disent avoir identifié un groupe de gènes qui pourraient "augmenter considérablement" le risque de développer le COVID-19.

De nouvelles recherches, présentées vendredi à la conférence internationale ATS 2021, suggèrent que le fait d'avoir des variantes de risque génétiques dans le gène ABO, entre autres, pourrait augmenter les chances de contracter le SRAS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19.

Selon un communiqué de presse, Ana Hernandez Cordero, boursière postdoctorale au Centre for Heart Lung Innovation de l'Université de la Colombie-Britannique, et ses collègues ont utilisé « la génomique intégrative combinée à la protéomique pour identifier » ces gènes.

Hernandez Cordero a expliqué dans le communiqué que la recherche génomique identifie les gènes qui jouent un rôle dans le développement d'une maladie, tandis que la protéomique fait de même pour les protéines. Elle dit que l'analyse des deux a donné aux chercheurs une image plus large des processus de la maladie en relation avec COVID-19.

" L'ADN est une grosse molécule complexe et donc, les associations génétiques ne peuvent à elles seules identifier le gène exact responsable du COVID-19 ", a déclaré Hernandez Cordero. "Cependant, en combinant les informations génétiques de COVID-19 avec l'expression génique et les ensembles de données protéomiques, nous pouvons déterminer quels gènes sont à l'origine de la relation avec COVID-19."

Selon le communiqué, les chercheurs ont utilisé des informations génétiques combinées à un examen de l'expression des gènes pulmonaires pour identifier les variantes génétiques responsables de l'infection au COVID-19.

Les chercheurs disent avoir trouvé des gènes spécifiques qui partagent leurs effets sur l'expression des gènes et les niveaux de protéines avec la sensibilité au COVID-19.

Les chercheurs ont ensuite analysé cela davantage en utilisant la bioinformatique pour intégrer l'ensemble de données génomiques des patients COVID-19 et des individus non infectés, des ensembles de données d'expression génique des tissus sanguins de populations cliniques et un ensemble de données protéomiques obtenu auprès de donneurs de sang non infectés par COVID-19.

Ce faisant, les chercheurs ont signalé que « plusieurs gènes » responsables de la réponse du système immunitaire au COVID-19 sont également impliqués dans la susceptibilité au COVID-19. L'étude a noté que cela a été soutenu par des recherches antérieures.

Cependant, la recherche de ces gènes dans les protéines sanguines a poussé les résultats un peu plus loin que les études précédentes en reliant les effets des gènes à la susceptibilité au COVID-19.

"En exploitant la puissance des informations génomiques, nous avons identifié des gènes liés au COVID-19", a déclaré Hernandez Cordero dans le communiqué.

"En particulier, nous avons constaté que le gène ABO est un facteur de risque important pour COVID-19. Il convient de noter en particulier la relation entre le groupe sanguin ABO et le risque de COVID-19. Nous avons montré que la relation n'est pas seulement une association mais causale », a-t-elle expliqué.

En plus du gène ABO, les chercheurs ont découvert que les personnes présentant certaines variantes génétiques pour SLC6A20, ERMP1, FCER1G et CA11 ont un « risque significativement plus élevé » de contracter le COVID-19.

Hernandez Cordero a déclaré que leurs recherches avaient progressé depuis la première analyse et qu'ils ont depuis identifié des variantes génétiques pour IL10RB, IFNAR2 et OAS1 également liées à un COVID-19 sévère.

Selon le communiqué, bon nombre de ces gènes ont déjà été liés à des maladies respiratoires, notamment le gène ERMP1 et l'asthme.

Les chercheurs ont averti que les personnes porteuses de ces gènes devraient faire preuve d'une "extrême prudence pendant la pandémie".

Hernandez Cordero a déclaré que la localisation de ces gènes peut aider à fournir des cibles médicamenteuses potentielles pour le traitement au COVID-19.

"Ces gènes ont été liés à un COVID-19 sévère. Leur rôle dans la réponse immunitaire aux infections virales et les preuves croissantes suggèrent que ces candidats et leur rôle dans COVID-19 devraient être étudiés plus avant », a déclaré Hernandez Cordero.


Défis uniques de la collecte de données génomiques pendant la pandémie

Chaque nouveau cas positif de COVID-19 fournit un autre point de données précieux pour les études génomiques. Mais si la pandémie diminue de manière significative, il est possible que certaines études ne soient jamais terminées. « À certains égards, nous jouons à un jeu étrange, car le meilleur scénario serait que nous ne puissions pas obtenir suffisamment de données parce qu'il n'y avait pas assez de cas », explique Tung.

Pour l'instant, la nature en évolution rapide de la pandémie et l'infection elle-même posent des défis uniques. Pour leur étude, Chung et ses collègues ont déjà identifié des milliers de cas positifs, auxquels ils consentent à distance. À plusieurs reprises, les coordinateurs ont appelé des sujets d'étude potentiels après leur congé, pour découvrir qu'ils étaient décédés.

Chung, qui a fait pivoter ses propres travaux sur les maladies rares pour contribuer à la recherche sur le COVID-19, dit qu'elle ressent un énorme sentiment d'urgence. « Nous pensons à ce que nous pouvons apprendre en deux semaines, pas à ce que nous pouvons apprendre en deux ans », explique Chung. « Littéralement, mes équipes travaillent sept jours sur sept, 16 heures par jour.

Le même problème qui a entravé les efforts pour endiguer la propagation du coronavirus – le manque de tests généralisés – complique également la recherche pour comprendre sa biologie. Par exemple, cette semaine seulement, la ville de New York a ajouté à son bilan plus de 3 700 personnes qui étaient présumées être décédées du coronavirus mais n'avaient jamais été testées positives. "Si nous n'avons pas de tests généralisés, alors je ne peux pas compter sur cela pour me dire que quelqu'un était positif ou non", explique Duggal.

Si les scientifiques réussissent à identifier les gènes qui présagent les effets les plus dévastateurs de l'infection, ils pourraient trier plus efficacement les patients qui ont besoin de soins médicaux. S'ils ont de la chance, ils pourraient même découvrir des gènes qui rendent certaines personnes résistantes, leur offrant le retour à la normale dont tant de gens rêvent. Jusqu'à présent, il n'y a aucune preuve pour cela.

"Je ne suis pas convaincu que ce sera la dernière de ces crises de maladies infectieuses", a déclaré Chung. «Je pense que ce que nous essayons de faire, c'est d'apprendre ce que nous pouvons pour cette seule condition. . . et acquérir une meilleure compréhension de la réponse immunitaire et, en général, de la façon dont nous combattons les infections. »


Quelles cibles génétiques associées au nouveau coronavirus (SARS-CoV-2) ont été identifiées jusqu'à présent ? - La biologie

Une pandémie en cours de maladie à coronavirus (COVID-19) est causée par une infection par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2). La caractérisation de l'histopathologie et de la localisation cellulaire du SRAS-CoV-2 dans les tissus des patients atteints de COVID-19 mortel est essentielle pour mieux comprendre sa pathogenèse et sa transmission et pour les mesures de prévention de santé publique. Nous rapportons les résultats clinicopathologiques, immunohistochimiques et microscopiques électroniques dans les tissus de 8 cas mortels confirmés en laboratoire d'infection par le SRAS-CoV-2 aux États-Unis. Tous les cas sauf 1 concernaient des résidents d'établissements de soins de longue durée. Chez ces patients, le SRAS-CoV-2 a infecté l'épithélium des voies respiratoires supérieures et inférieures avec des lésions alvéolaires diffuses comme pathologie pulmonaire prédominante. Le SRAS-CoV-2 était détectable par immunohistochimie et microscopie électronique dans les voies respiratoires conductrices, les pneumocytes, les macrophages alvéolaires et un ganglion lymphatique hilaire, mais n'a pas été identifié dans d'autres tissus extrapulmonaires. Des co-infections virales respiratoires ont été identifiées dans 3 cas 3 cas présentaient des signes de co-infection bactérienne.

La pandémie mondiale actuelle de maladie à coronavirus (COVID-19), causée par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), a été identifiée à Wuhan, dans la province du Hubei, en Chine, et s'est propagée rapidement dans le monde (1,2). Au 18 mai 2020, les données officielles de l'Organisation mondiale de la santé faisaient état de 4 628 903 cas confirmés et de 312 009 décès (2).Le 20 janvier 2020, les Centers for Disease Control and Prevention (CDC) ont confirmé un cas aux États-Unis depuis lors, les 50 États américains, le district de Columbia, Guam, Porto Rico, les îles Mariannes du Nord et les îles Vierges américaines ont confirmé cas de COVID-19 (24).

Les coronavirus sont des virus à ARN à brin positif enveloppés qui infectent de nombreux animaux. Des virus adaptés à l'homme sont probablement introduits par transmission zoonotique à partir de réservoirs animaux (5,6). La plupart des coronavirus humains connus sont associés à une maladie bénigne des voies respiratoires supérieures. Le SRAS-CoV-2 appartient au groupe de bêtacoronavirus qui comprend le coronavirus du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV) et le coronavirus du syndrome respiratoire du Moyen-Orient (MERS-CoV), qui peuvent infecter les voies respiratoires inférieures et provoquer un syndrome respiratoire sévère et mortel chez l'homme (7). Le SRAS-CoV-2 a une similitude de plus de 79,6% dans la séquence génétique avec le SRAS-CoV (5).

Le SRAS-CoV-2 est hautement transmissible chez les humains, les taux de mortalité pour COVID-19 varient et sont plus élevés chez les personnes âgées et les personnes souffrant d'affections sous-jacentes ou d'immunosuppression (8,9). Les connaissances actuelles sur la pathogenèse et la pathologie du COVID-19 dans les décès sont basées sur un petit nombre de cas décrits et des extrapolations à partir de ce que l'on sait d'autres coronavirus similaires, tels que le SRAS-CoV et le MERS-CoV (1018). L'évaluation pathologique et la détermination de la distribution du virus et de la localisation cellulaire dans les tissus sont cruciales pour élucider la pathogenèse de ces infections mortelles et peuvent aider à orienter le développement de contre-mesures thérapeutiques et préventives. Nous rapportons les caractéristiques histopathologiques et la détection du virus dans les tissus par immunohistochimie (IHC) et microscopie électronique (EM) à partir de 8 cas mortels confirmés de COVID-19 aux États-Unis.

Matériaux et méthodes

Étudier les patients et la collecte de données

Dans le cadre de la réponse de santé publique à COVID-19, la Direction de la pathologie des maladies infectieuses du CDC (Division des agents pathogènes et de la pathologie à haute conséquence, Centre national des maladies infectieuses émergentes et zoonotiques) a été consultée sur les autopsies de 8 patients présentant des preuves de laboratoire du SRAS- CoV-2 par transcription inverse PCR (RT-PCR) sur des échantillons d'écouvillonnage respiratoire prélevés avant ou après le décès. Nous avons examiné les dossiers médicaux disponibles et les rapports d'autopsie préliminaires pour obtenir des informations concernant les données démographiques, l'historique des symptômes, les affections sous-jacentes, les tests de maladies infectieuses, les résultats des études d'imagerie, le traitement et les soins de soutien avancés reçus, et la date du décès. Cette enquête a été examinée conformément aux procédures d'examen des sujets humains du CDC et il a été déterminé qu'elle ne répondait pas à la définition de la recherche.

Histopathologie et immunohistochimie

Nous avons effectué des colorations de routine à l'hématoxyline-éosine pour l'évaluation histopathologique. Nous avons effectué un test IHC pour le SRAS-CoV-2 à l'aide d'un anticorps polyclonal de lapin dirigé contre la nucléocapside du SRAS-CoV (Novus Biologicals, https://www.novusbio.com) (19) à une dilution de 1:100 et un kit de polymère AP universel Mach 4 (Biocare Medical, https://biocare.net) avec chromogène rouge permanent (Cell Marque/Millipore Sigma, https://www.cellmarque.com). Nous avons prétraité les lames avec une récupération d'épitope induite par la chaleur avec un tampon à base de citrate (Biocare Medical). Nous avons effectué des contrôles négatifs appropriés en parallèle, en utilisant du sérum de lapin normal à la place de l'anticorps primaire. Nous avons validé la réactivité croisée de l'anticorps anti-SARS-CoV avec le SARS-CoV-2 en testant des contrôles créés à partir de cellules Vero infectées par le SRAS-CoV-2 intégrées dans des tissus humains normaux, nous avons utilisé ce contrôle comme contrôle positif pour les tests IHC ultérieurs. L'anticorps nucléocapside SRAS-CoV n'a pas réagi de manière croisée avec le virus de la grippe A (H1N1), le virus de la grippe B, le virus respiratoire syncytial, le virus parainfluenza de type 3, le coronavirus humain (HCoV) 229E ou le MERS-CoV dans des échantillons de tissus confirmés par PCR. Pour les cas de bronchopneumonie, nous avons effectué des tests IHC pour les agents bactériens en utilisant un anticorps monoclonal de souris dirigé contre Streptococcus pneumoniae mais connu pour détecter également d'autres Streptocoque spp. et un anti-polyclonal de lapinKlebsiella pneumoniae anticorps (tous deux de Thermo Fisher, https://www.thermofisher.com) connus pour détecter également d'autres bactéries gram-négatives (Escherichia coli, Haemophilus influenzae, et Pseudomonas spp.).

Pour les tests à double coloration, nous avons utilisé Envision G/2 Double Stain System, Rabbit/Mouse (DAB Permanent Red) d'Agilent Technologies (https://www.agilent.com). Nous avons utilisé des anticorps contre le CD163 (Leica Biosystems, https://www.leicabiosystems.com) ou l'apoprotéine A du surfactant (Dako, https://www.agilent.com), suivis de l'anticorps anti-SARS-CoV nucléocapside (Novus Biologicals ). Nous avons effectué tous les tests conformément aux directives du fabricant. Nous avons utilisé des cellules Vero infectées par le SRAS-CoV-2 comme contrôle positif et des cas non COVID-19 et du sérum de lapin normal à la place de l'anticorps primaire comme contrôles négatifs.

Microscopie électronique

Nous avons obtenu des échantillons de tissus des voies respiratoires supérieures et pulmonaires à partir d'échantillons fixés au formol, les avons coupés en cubes, les avons rincés avec 0,1 mmol/L de tampon phosphate, postfixés avec 2,5% de glutaraldéhyde et rincés dans un tampon phosphate. De plus, nous avons prélevé des échantillons de tissus des zones correspondant à une immunocoloration positive au SRAS-CoV-2 à partir de blocs de paraffine avec un poinçon de 2 mm ou de sections de 4 m sur des lames de verre, nous avons déparaffiné les échantillons dans du xylène et réhydratés. Nous avons traité les tissus pour la transmission EM comme décrit précédemment (20). Nous avons plongé les sections noyées dans de la résine époxy dans de l'eau bouillante, les avons retirées des lames avec une lame de rasoir, et avons découpé les zones d'intérêt et les avons collées sur un bloc EM vierge. Nous avons coloré les coupes EM avec de l'acétate d'uranyle et du citrate de plomb et les avons examinées sur un microscope électronique Thermo Fisher/FEI Tecnai Spirit ou Tecnai BioTwin.

RT-PCR

Nous avons extrait les acides nucléiques de tissus fixés au formol et inclus en paraffine (FFPE) et les avons évalués par une RT-PCR conventionnelle ciblant spécifiquement le gène de la nucléocapside du SARS-CoV-2 (J. Bhatnagar, données inédites) et la RT- en temps réel. PCR/PCR ciblant d'autres agents pathogènes respiratoires, y compris les virus de la grippe, le virus respiratoire syncytial, les virus parainfluenza humains et Streptococcus pneumoniae, comme décrit précédemment (21,22). Le test de nucléocapside SARS-CoV-2 détecte le SARS-CoV-2 et le SARS-CoV mais n'amplifie pas le MERS-CoV et d'autres coronavirus humains courants, y compris l'alphacoronavirus (HCoV-NL63) et le bêtacoronavirus (HCoV-HKU1).

Résultats

Donnée clinique

Sur les 8 cas-patients, 7 étaient des résidents d'un établissement de soins de longue durée (ESLD) dans l'État de Washington (tableau 1) (23,24). Sept (87,5%) étaient blancs, non hispaniques. L'âge médian des 8 cas-patients était de 73,5 ans. 2 avaient <65 ans. Le nombre médian de jours entre le début de la maladie et le décès était de 12,5 (extrêmes 6-15). Les signes et symptômes communs signalés comprenaient la fièvre (75 %), la toux (62,5 %) et l'essoufflement (62,5 %). Tous les patients avaient des résultats anormaux sur les radiographies thoraciques. Les cas-patients ont tous été hospitalisés pendant une durée médiane de 3,5 jours. Six (75 %) patients ont reçu une ventilation mécanique 2 ont reçu des soins de confort. Des affections médicales sous-jacentes ont été identifiées chez tous les cas-patients. L'hypertension (75 %), les maladies rénales chroniques (75 %), les maladies cardiovasculaires (75 %), l'obésité (62,5 %) et le diabète (50 %) étaient les affections les plus fréquemment signalées.

Histopathologie, immunohistochimie et microscopie électronique

Figure 1. Histopathologie pulmonaire dans les cas mortels de maladie à coronavirus causés par une infection par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère. A) Patient n° 5 : trachéite caractérisée par une inflammation mononucléaire modérée au sein de la sous-muqueuse (grossissement original.

Figure 2. Résultats histopathologiques associés aux affections sous-jacentes de la maladie mortelle à coronavirus. A) Patient n° 2 : poumon, macrophages chargés d'hémosidérine (pigment brun, en bas à gauche) et anthracose (pigment noir, en haut à droite) chez un patient avec.

Les résultats histopathologiques et les résultats des tests effectués sur les tissus FFPE ont montré que la trachéobronchite légère à modérée était constamment présente et caractérisée par une inflammation mononucléaire, avec une dénudation épithéliale et une congestion sous-muqueuse (tableau 2, figure 1, panneaux A, B). La pathologie pulmonaire prédominante était des phases aiguës de lésions alvéolaires diffuses (DAD), des phases organisatrices, ou les deux étaient présentes chez 7 (87,5%) des 8 patients. Desquamation des pneumocytes et présence de membranes hyalines, œdème alvéolaire et dépôts de fibrine, hyperplasie des pneumocytes de type II et infiltrats alvéolaires, y compris une augmentation des macrophages alvéolaires, ont été observés (Figure 1, panneaux C, D). Une métaplasie squameuse et des pneumocytes atypiques étaient présents chez 3 cas-patients, et de rares cellules multinucléées étaient présentes chez 1 cas-patient (patient n° 1) (Figure 1, panneau E), aucune inclusion virale définitive n'a été observée. Un cas-patient sans DAD (patient n°7) avait une bronchopneumonie diffuse avec comblement des espaces alvéolaires par une inflammation mixte avec des neutrophiles abondants (Figure 1, panneau F). Trois cas-patients supplémentaires avaient une bronchopneumonie focale et une augmentation des leucocytes intravasculaires pulmonaires. Des macrophages chargés d'hémosidérine (4/8), une hémorragie (4/8), une aspiration de mucus (3/8), un emphysème (2/8) et des microthrombi (1/8) ont été observés (Figure 2). L'anthracose, fréquente chez les personnes âgées en raison de l'accumulation chronique de carbone, était présente dans les poumons et les ganglions lymphatiques hilaires pulmonaires dans tous les cas. Dans 6 cas, les ganglions lymphatiques présentaient également une histiocytose sinusale et une hémophagocytose dans les sinus sous-capsulaires. Les signes pathologiques notables dans les tissus extrapulmonaires comprenaient des signes d'insuffisance rénale chronique (5/8), de lésion tubulaire rénale aiguë (3/8), de stéatose hépatique (4/8) et de cirrhose (1/8) et de fibrose myocardique focale (3/ 8) (Illustration 2). Aucune myocardite ou nécrose myocardique et aucun changement histopathologique notable dans l'intestin n'ont été observés dans aucun cas. Les tissus cérébraux n'étaient pas disponibles pour une évaluation ou des tests histopathologiques.

Figure 3. Immunomarquage du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère dans les tissus pulmonaires de cas mortels de maladie à coronavirus. A) Patient n° 5 : immunocoloration dispersée des cellules épithéliales trachéales (grossissement original ×40). B) Patiente.

Nous avons détecté le SRAS-CoV-2 par IHC dans les voies respiratoires supérieures chez 4/8 (50 %) des cas-patients et dans les poumons chez 7/8 (92 %) cas-patients. Nous avons observé une immunocoloration des antigènes viraux dans les voies respiratoires supérieures et l'épithélium bronchiolaire, l'épithélium des glandes sous-muqueuses et dans les pneumocytes de type I et de type II, les macrophages alvéolaires et les membranes hyalines du poumon (Figure 3, panneaux A–C, F). Les voies respiratoires supérieures et les tissus pulmonaires des 8 cas-patients étaient positifs par SARS-CoV-2 RT-PCR. Une double coloration avec un surfactant a montré une colocalisation de l'antigène du SRAS-CoV-2 avec des pneumocytes de type II (figure 3, panneau D) une double coloration avec CD-163 a montré une colocalisation de l'antigène viral avec des macrophages (figure 3, panneau E). Nous avons également trouvé une immunocoloration virale dans des macrophages dispersés dans le ganglion lymphatique hilaire d'un patient gravement immunodéprimé ayant des antécédents de greffe d'organe solide (figure 3, panneau G). Nous n'avons détecté le SRAS-CoV-2 par IHC dans le cœur, le foie, les reins, la rate ou l'intestin d'aucun patient.

Six (75%) des 8 cas-patients présentaient des co-infections virales ou bactériennes, mais pas les deux, identifiées par IHC, PCR ou les deux en plus du SRAS-CoV-2. Les tests PCR respiratoires virales ont détecté une co-infection par le virus parainfluenza de type 3 dans les voies respiratoires supérieures et les tissus pulmonaires chez 2/8 (25 %) des cas-patients et une co-infection par le virus de la grippe B dans les voies respiratoires supérieures chez 1 cas-patient. Trois (75%) des 4 cas-patients atteints de SRAS-CoV-2 et de bronchopneumonie ont eu une immunocoloration pendant Streptocoque spp. Deux de ces patients avaient une infection non pneumococcique Streptocoque spp. confirmé par des tests PCR.

Figure 4. Caractéristiques ultrastructurales de l'infection pulmonaire au coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère dans la maladie mortelle à coronavirus. A) En haut : espace alvéolaire contenant des virions extracellulaires (flèches) avec des projections de surface proéminentes. En bas : amas de virions.

Figure 5. Caractéristiques ultrastructurales de l'infection par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère dans les voies respiratoires supérieures d'un cas mortel de maladie à coronavirus provenant d'un tissu fixé au formol et inclus en paraffine (FFPE). Particules virales associées aux cils.

L'examen EM des tissus respiratoires a montré des virions avec des projections de surface proéminentes (pointes) caractéristiques de la famille Coronaviridae. Dans le poumon, les virions extracellulaires libres dans l'espace alvéolaire avaient, en moyenne, 105 nm de diamètre, y compris les projections de surface (figure 4, panneau A). Dans les voies respiratoires supérieures, des virions ont été observés de manière extracellulaire parmi les cils et dans le cytoplasme des cellules épithéliales respiratoires (Figure 4, panneau B Figure 5). Les virions intracellulaires dans les pneumocytes de type II (Figure 4, panneaux C, D) et dans les vésicules cytoplasmiques ou les phagosomes des macrophages alvéolaires (Figure 4, panneau E) avaient, en moyenne, 75 nm de diamètre et manquaient de pointes proéminentes. Des particules virales ont également été trouvées associées à la fibrine ou aux membranes hyalines dans les espaces alvéolaires (Figure 4, panneau F).

Discussion

La distinction clinique entre le SRAS-CoV-2 et d'autres infections virales respiratoires est difficile car il existe des caractéristiques cliniques qui se chevauchent, caractérisées par une maladie fébrile avec toux qui dure plusieurs jours avant d'évoluer vers une pneumonie aiguë. De plus, les personnes atteintes du SRAS-CoV-2 et d'autres infections virales respiratoires peuvent présenter des symptômes atypiques ou minimes (2527). Outre l'insuffisance respiratoire, en particulier chez les patients atteints d'une maladie grave, de la fatigue, des myalgies ou des arthralgies, des frissons, un dysfonctionnement hépatique et rénal, une lymphopénie, une leucopénie, une thrombocytopénie et des biomarqueurs inflammatoires élevés ont été décrits (5,28,29).

Les lésions histopathologiques attribuées directement au virus dans ces cas étaient limitées aux tissus respiratoires, la découverte prédominante était la DAD, avec divers niveaux de progression et de gravité. Nous n'avons vu aucune corrélation claire entre la phase pathologique de la DAD et la durée connue des symptômes, ce qui pourrait être le résultat d'une sous-reconnaissance des premiers symptômes chez les résidents âgés des ESLD et d'une sous-estimation de la durée de la maladie. Ensemble, les résultats histopathologiques, IHC et EM de ce rapport donnent un aperçu de la pathogenèse du SRAS-CoV-2. Les tests IHC, y compris la double coloration avec un surfactant, et l'EM ont confirmé le tropisme viral pour les pneumocytes pulmonaires II. Les observations ultrastructurales sont cohérentes avec les rapports précédents d'infection par le SRAS-CoV, à l'exception du fait que ni les vésicules à double membrane ni les inclusions de nucléocapside n'ont été détectées (15,20). L'antigène viral a également été observé dans l'épithélium respiratoire des voies aériennes conductrices (trachée, bronches et bronchioles) et occasionnellement dans les macrophages alvéolaires, l'infection de ces types de cellules peut être la clé de la réplication et du trafic viral. L'épithélium respiratoire est l'un des premiers types de cellules rencontrés par le virus inhalé. L'analyse ultrastructurale a montré de nombreuses particules virales extracellulaires le long de la surface ciliée et à l'intérieur des cellules épithéliales cylindriques ciliées. Ces résultats corroborent les rapports de charges virales élevées dans les voies respiratoires supérieures et soutiennent le potentiel pour les personnes infectées par le SRAS-CoV-2 de transmettre facilement le virus, avec une excrétion virale prolongée et continue dans les cas graves (30,31).

Les caractéristiques pathologiques globales de ces 8 décès dus au COVID-19 étaient similaires à celles observées dans les infections par le SRAS-CoV et le MERS-CoV, et dans les rapports COVID-19 disponibles (1015,18,20,32). Cependant, la quantité d'antigène viral détectée par IHC dans les tissus pulmonaires de ces cas est supérieure à ce que nous avons vu dans le SRAS et le MERS (16,18) cas soumis à notre laboratoire, et sa détection extensive dans les cellules épithéliales des voies respiratoires supérieures est unique parmi ces coronavirus hautement pathogènes (33). En plus des effets viraux directs sur les tissus, la réponse immunitaire à l'infection virale joue probablement un rôle majeur dans la détermination des résultats cliniques, et un déclin aigu chez les patients COVID-19 a été lié à une tempête de cytokines à médiation immunitaire (34). L'évaluation préliminaire des populations de cellules immunitaires dans les tissus respiratoires de ces 8 cas a révélé des lymphocytes T abondants dans les voies respiratoires supérieures et le parenchyme pulmonaire, avec des lymphocytes B en plus petit nombre et prédominant dans les zones d'agrégats lymphoïdes (données non présentées). Une enquête plus approfondie sur les rôles de ces populations cellulaires dans COVID-19 est nécessaire. Chez 6 des 8 cas-patients, une histiocytose sinusale et une hémophagocytose ont été observées dans les ganglions lymphatiques hilaires. Cependant, les antigènes du SRAS-CoV-2 ont été détectés par IHC dans les macrophages des ganglions lymphatiques hilaires de seulement 1 patient immunodéprimé. Les ganglions lymphatiques sont des sites clés pour la reconnaissance immunitaire et l'élimination des agents pathogènes respiratoires. Élucider la réponse immunitaire et les effets de l'immunosuppression sur l'infection par le SRAS-CoV-2 est donc d'une importance fondamentale.

Le SARS-CoV-2 utilise le récepteur de l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2) pour faciliter l'entrée virale dans les cellules cibles. L'ACE2 est exprimé dans plusieurs tissus dans tout le corps, y compris les pneumocytes de type II, les cellules du myocarde, les cholangiocytes, les entérocytes et l'épithélium de la muqueuse buccale (5,35,36). Cependant, parmi ces patients, les antigènes du SRAS-CoV-2 n'ont pas été détectés dans les tissus extrapulmonaires en dehors des ganglions lymphatiques hilaires, et les résultats pathologiques dans d'autres tissus étaient attribuables à d'autres conditions concomitantes sous-jacentes. Certaines des conditions sous-jacentes de ces cas-patients (par exemple, l'hypertension, la MPOC) sont associées à une régulation à la hausse des récepteurs ACE2.5,28,37). La cardiomyopathie COVID-19 et la mort cardiaque aiguë au cours de la résolution clinique de la maladie pulmonaire ont été décrites (24,38). Cependant, nous n'avons observé aucun signe de myocardite ou de nécrose myocardique dans les tissus des 8 cas-patients que nous avons examinés. Des rapports ont été faits sur des anomalies de la coagulation et des problèmes de perfusion vasculaire pulmonaire sans DAD chez certains patients COVID-19 (39,40), et nous avons vu des microthrombus dans les poumons d'un patient qui manquait de DAD mais souffrait d'une bronchopneumonie bactérienne grave. Ces complications cardiovasculaires diverses et potentiellement graves du COVID-19 justifient une enquête plus approfondie sur les mécanismes spécifiques des lésions cardiovasculaires induites par le SRAS-CoV-2, du dérangement homéostatique ou des deux.

Des études cliniques ont rapporté des enzymes hépatiques élevées chez les patients atteints de COVID-19 (28,29). L'absence de détection virale par IHC dans le foie dans cette enquête suggère que pour ces cas-patients, les biomarqueurs anormaux de lésion hépatique peuvent ne pas être le résultat d'une infection virale directe des hépatocytes.Les symptômes gastro-intestinaux ne sont généralement pas une caractéristique importante de COVID-19 mais ont été signalés, et le SRAS-CoV-2 a été détecté dans des échantillons de selles (4143). Cependant, aucun résultat histopathologique ni aucun antigène du SRAS-CoV-2 n'ont été détectés dans les tissus gastro-intestinaux, et la diarrhée n'a été signalée que pour 1 de ces cas-patients.

Nous avons identifié des co-infections virales dans les tissus des voies respiratoires supérieures chez 3 cas-patients, dont 2 avec le virus parainfluenza 3 et 1 avec le virus de la grippe B, mais la contribution de ces co-infections aux maladies pulmonaires et aux issues fatales est inconnue. Bien que nous ayons identifié des infections des voies respiratoires inférieures à streptocoques chez 3 patients, aucune n'a été causée par Streptococcus pneumoniae, et il n'y avait pas de corrélation stricte entre ces infections et la ventilation mécanique chez ces cas-patients. Étant donné que 7 des 8 cas-patients abordés dans ce rapport étaient des résidents d'un ESLD, leurs expositions et risques de co-infections virales et bactériennes peuvent être différents de ceux des autres patients. Peu d'infections bactériennes acquises dans la communauté ont été signalées chez des patients gravement malades atteints de COVID-19, mais les co-infections ne sont pas fréquemment signalées avec le SRAS et le MERS (17,32,44). Les co-infections peuvent jouer un rôle clé dans l'augmentation de la susceptibilité à l'infection par le SRAS-CoV-2 et de la maladie dans un environnement LTCF. Une enquête plus approfondie sur cette association et la caractérisation des agents étiologiques les plus couramment impliqués est justifiée et peut contribuer à une meilleure gestion globale de la maladie COVID-19.

Ce rapport décrit la localisation cellulaire et extracellulaire spécifique du SRAS-CoV-2 dans les tissus respiratoires, sans aucune preuve IHC du virus dans d'autres tissus. Bien que la détection de l'ARN du SRAS-CoV-2 dans le sang ou le sérum ait été rapportée (34,41), nous n'avons trouvé aucune preuve de dissémination systémique du virus chez ces cas-patients. Nos résultats soulignent l'importance des affections sous-jacentes et des co-infections pulmonaires dans COVID-19, ces facteurs peuvent potentiellement retarder ou confondre le diagnostic et contribuer à des résultats indésirables.

Une limitation de cette étude est que 7 des 8 cas provenaient d'un seul établissement de soins infirmiers qualifiés. Les résultats peuvent donc ne pas être représentatifs des infections au SRAS-CoV-2 acquises dans la communauté. Cependant, la transmission nosocomiale des virus est souvent parallèle aux épidémies communautaires, et il est crucial de comprendre la transmission de la maladie dans les établissements de santé (25,45). Aucun de ces cas-patients n'avait de diagnostic de lésion cardiaque aiguë, de myocardite ou de cardiomyopathie, donc comprendre la pathogenèse des lésions cardiaques avec une infection par le SRAS-CoV-2 nécessite des investigations supplémentaires dans les cas mortels avec des preuves de lésion cardiaque.

Aucune caractéristique clinique ou histopathologique n'est spécifique à l'infection par le SRAS-CoV-2. La démonstration du SRAS-CoV-2 directement dans le tissu pulmonaire, lorsqu'elle est prise dans le contexte de toute autre pathologie présente, est essentielle pour évaluer sa contribution à la mortalité. Ici, nous établissons l'utilité de l'IHC comme modalité de diagnostic du SRAS-CoV-2 dans les tissus FFPE en localisant les antigènes viraux dans les tissus respiratoires des cas confirmés par RT-PCR. Cette méthode de diagnostic est particulièrement utile pour les échantillons FFPE provenant de cas dans lesquels les tests d'écouvillonnage respiratoire ante mortem ou post mortem pour le SRAS-CoV-2 n'ont pas été effectués. Nous démontrons également l'identification du virus dans les tissus par EM en utilisant diverses sources de tissus (tissu humide fixé au formol, blocs FFPE et lames colorées). L'identification des tropismes cellulaires du SRAS-CoV-2 dans les voies respiratoires représente une étape cruciale dans la compréhension de la pathogenèse de l'infection par le SRAS-CoV-2 et fournit des informations pertinentes pour le développement de mesures thérapeutiques et préventives ciblées pour lutter contre le COVID-19.

Le Dr Martines est pathologiste au sein de la Division des agents pathogènes à hautes conséquences et de la pathologie, Centre national des maladies infectieuses émergentes et zoonotiques, CDC, Atlanta, Géorgie, États-Unis. Ses principaux intérêts de recherche portent sur la pathologie et la pathogenèse des maladies infectieuses émergentes, avec un intérêt particulier pour les fièvres hémorragiques virales. Le Dr Ritter est pathologiste au sein de la Division des agents pathogènes à hautes conséquences et de la pathologie, Centre national des maladies infectieuses émergentes et zoonotiques, CDC, Atlanta. Son principal intérêt de recherche est le développement de modèles animaux pour les maladies infectieuses zoonotiques et humaines.

Reconnaissance

Nous remercions Mitesh Patel et Monica Peabody pour l'adhésion aux cas, Natalie Thornburg et Azaibi Tamin pour avoir fourni la culture de cellules SARS-CoV-2 Vero, et Dominique Rollin pour la préparation des blocs de contrôle de culture SARS-CoV-2. Nous remercions également Nicole Yarid et Micheline Lublin pour la collecte d'échantillons Agam Rao Kaitlyn Sykes et Jessica Ferro pour avoir facilité la collecte de données et les efforts de coordination et le personnel du bureau du médecin légiste du comté de King pour leur engagement dans le contexte de cette maladie pandémique.

Les références

Les figures
Les tables

Date de publication originale : 21 mai 2020

1 Ces auteurs ont contribué à parts égales à cet article.

2 Membres du groupe de travail sur la pathologie COVID-19 : Rhonda Cole, Amanda Lewis, Pamela Fair, Lindsey Estetter.

Veuillez utiliser le formulaire ci-dessous pour envoyer une correspondance aux auteurs ou les contacter à l'adresse suivante :

Roosecelis Brasil Martines, Centers for Disease Control and Prevention, 1600 Clifton Rd NE, Mailstop H18-SB, Atlanta, GA 30329-4027, États-Unis

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Résultats

Composition du génome

Bien qu'un pourcentage différent de nucléotides ait été identifié parmi les gènes et les espèces, certaines caractéristiques communes étaient présentes. En particulier, les nucléotides G et C étaient significativement moins présents que A et T, indépendamment des espèces virales et des gènes (Figure complémentaire 1 et tableau 1). Dans l'ensemble, la teneur en G + C a diminué de la première à la troisième position du codon. La protéine d'enveloppe était une exception significative, caractérisée par une teneur en GC3 plus élevée que la CG2. La même chose a pu être observée dans la protéine matricielle du HCoV-229E, du MERS-CoV et du SARS-CoV.

L'analyse de l'odds ratio des dinucléotides a révélé une hétérogénéité remarquable. Cependant, tous les HCoV ont démontré une sous-représentation pertinente de la paire CpG. Le SRAS-CoV-2 était l'espèce avec le CpG le plus bas Rho dans la pp1ab et surtout dans la séquence codante S (CDS). D'autre part, le SARS-CoV-2 et le SARS-CoV étaient les seules espèces où ce dinucléotide était surreprésenté dans le gène codant E (Fig. 1). Parmi les HCoV induisant une maladie grave, le MERS-CoV a démontré l'utilisation globale moins biaisée de ce dinucléotide. La paire TpA était également significativement sous-représentée dans le HCoV-229E, le SARS-CoV et le SARS-CoV-2 (et dans une moindre mesure dans le MERS-CoV) dans la nucléocapside, et légèrement sous-représentée dans le gène S du SRAS- CoV et SARS-CoV-2.

Moyenne (point) et intervalles de confiance à 95 % (barre d'erreur) de Rho statistique calculée pour chaque paire de dinucléotides. Différentes paires gène-espèce sont signalées dans différentes cellules. Les lignes pointillées représentent les seuils définis par Karling et al. (1998).

La plupart des autres paires de dinucléotides se situaient dans les plages attendues, bien que TpG était surreprésenté dans pp1ab de tous les virus et de manière spécifique à l'espèce pour d'autres gènes.

Le Zscore a confirmé le scénario observé, renforçant le fait que le CpG était significativement sous-représenté, même en tenant compte de la composition en acides aminés et du biais des codons (figure supplémentaire 2). Cependant, le rapport de cotes CpG du SARS-CoV et du SARS-CoV-2 se situe dans la plage attendue dans les gènes E, différemment de ce qui est observé par brut Rho estimation. D'autre part, une surreprésentation des paires ApC, CpA et TpG a été observée dans les pp1ab et S de pratiquement tous les virus, le S de HCoV-NL63 étant la principale exception. Les deux premières composantes principales (PC) de l'ACP basées sur les Zscores expliquaient 78 % et 8,9 % de la variance globale et ont donc été maintenues pour explorer les données. Une séparation claire a pu être observée entre les protéines tandis que les espèces virales ont démontré une distribution largement chevauchante (Figure supplémentaire 3). Cependant, au sein de chaque gène, les HCoV viraux ont pu être différenciés (Fig. 2). L'inspection des charges de PC1 a montré que CpG avait la corrélation positive la plus élevée avec ce composant principal. Les protéines HCoV se répartissent le long de l'axe PC1 selon un schéma dépendant de la longueur. pp1ab situé à l'extrême le plus négatif, suivi de S, N, M et E. Par conséquent, une corrélation négative a pu être observée entre la longueur de la séquence codante et le contenu en CpG.

Nuage de points basé sur les deux premières composantes de l'ACP réalisée sur Zscore (une). Les différentes protéines sont signalées dans des rangées séparées tandis que les espèces virales sont codées par couleur. Les chargements PC1 et PC2 sont reportés dans l'encart de droite.

Au sein de chaque protéine, le gène codant pp1ab et S du SRAS-CoV et du SARS-CoV-2 se situe à l'extrémité la plus négative de PC1. Le SARS-CoV et le SARS-CoV-2, ainsi que le HcoV-229E, avaient des valeurs PC1 inférieures à celles des autres espèces du M également, alors que seul le SARS-CoV-2 était dans le gène N. Au contraire, ils ont montré les valeurs les plus élevées dans la séquence codante E.

Dans le deuxième PC (PC2), CpA et TpA ont montré la corrélation positive et négative la plus élevée, respectivement (Fig. 2 et Figure supplémentaire 3), tandis que CpG a montré une certaine corrélation négative. Le SRAS-CoV-2 était associé à des valeurs de PC2 plus élevées dans S (avec SARS-CoV) et N (avec HCoV-229E et SARS-CoV). Des valeurs légèrement positives à neutres présentaient le SARS-CoV-2 dans les gènes pp1ab, M et E, respectivement.

Biais de codons

L'analyse RSCU a mis en évidence un modèle tout aussi hétérogène. Cependant, la sous-représentation du codon contenant les dinucléotides CpG était une caractéristique commune, affectant toutes les protéines virales et espèces virales (Figure supplémentaire 4). Cependant, le SARS-CoV-2 n'avait que tous ces codons sous-représentés (ou, dans une moindre mesure, normalement représentés) dans le gène pp1ab, tandis que dans le gène S, le SARS-CoV et le HCoV-OC43 partageaient également cette caractéristique. Au contraire, un nombre plus élevé de codons riches en CpG a été observé dans le gène codant E.

L'ACP réalisée sur RSCU a mis en évidence une tendance globale moins claire, caractérisée par une variance plus faible expliquée par chaque PC. Cependant, lorsqu'elle est effectuée au niveau du gène individuel, la différenciation entre les espèces pourrait encore être réalisée. Indépendamment du gène, la plupart des codons avec CpG étaient généralement fortement corrélés avec au moins un des PC (Fig. 3 et Figures supplémentaires 5-9). Dans pp1ab, à une seule exception près, tous les codons riches en CpG étaient positivement corrélés avec PC1 et PC2 (figure supplémentaire 5). Le SRAS-CoV-2 était la seule espèce virale avec des valeurs très négatives dans les deux PC. Au contraire, MERS-CoV situé dans le quadrant caractérisé par des valeurs positives plus élevées. De même, le SARS-CoV et le SARS-CO-2 avaient des valeurs PC2 négatives, tandis que la plupart des codons CpG étaient positivement corrélés avec ce composant (Fig. 3 et Figure supplémentaire 5). Dans la région S, la plupart des codons riches en CpG étaient négativement corrélés à PC1 et PC2. Le SRAS-CoV-2 situé dans le quadrant positif des deux PC, tandis que le SRAS-CoV avait des valeurs positives dans le PC2 et négatives dans le PC1 (figure supplémentaire 6). Dans les gènes N, M et E, le SRAS-CoV-2 situé dans des régions définies par une association neutre à positive avec le contenu en CpG, bien que dans les gènes M et N, la corrélation des codons contenant le CpG avec le PC était moins polarisée (figures supplémentaires 7-9 ).

Nuage de points basé sur les deux premières composantes de l'ACP réalisée sur RSCU. Les différentes protéines sont signalées dans des cellules séparées tandis que les espèces virales sont codées par couleur. Les chargements sont représentés par des flèches et le cercle de corrélation correspondant a été indiqué. Les ellipses de confiance à 95% autour des clusters sont également rapportées. Une représentation plus détaillée est fournie dans les figures supplémentaires 5 à 9.

Une utilisation différentielle des codons parmi les protéines pourrait être confirmée par une analyse efficace de l'utilisation des codons. Le gène E a montré une utilisation globale des codons plus biaisée (Nc inférieur) par rapport à d'autres protéines virales et aux séquences codantes de l'hôte. Parmi les HCoV, le MERS-CoV, le SARS-CoV et le SARS-CoV-2 ont montré un Nc plus élevé, chevauchant complètement celui de l'hôte dans toutes les régions codantes sauf E. HCoV-HKU1, HCoV-NL63 et dans une moindre mesure HCoV-OC43 et HCoV-229E avaient un Nc inférieur, distinct de l'hôte, bien que des exceptions aient été présentes pour des paires espèces-gènes spécifiques (Fig. 4).

Figure de gauche : Boxplot indiquant les valeurs Nc et Nc′ des espèces HCoV (code couleur). A titre de comparaison, la distribution de la valeur de l'hôte (en gris) est indiquée à proximité de chaque gène. Figure de droite : nuage de points indiquant la relation entre Nc et Nc′ et le contenu en GC3 des séquences codantes de HCoV. Les protéines HCoV ont été codées par couleur tandis que les gènes du poumon de l'hôte ont été signalés en gris. La ligne représentant les valeurs Nc attendues, qui résulteraient de la composition du GC3 étant le seul facteur influençant le biais d'utilisation des codons, a été superposée.

Nc′ était significativement plus élevé que Nc, conduisant à des valeurs encore supérieures à celles des gènes humains dans la région codante pp1ab et S, témoignant que la composition nucléotidique du génome viral avait un effet pertinent sur le biais des codons. Cependant, même après avoir pris en compte ce composant, le nombre de codons effectif s'est écarté de ce qui était attendu sur la base de la composition de GC3 uniquement (Fig. 4).


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Vos gènes vous prédisposent-ils au COVID-19 ?

Depuis le début de la pandémie de COVID-19 il y a plusieurs mois, les scientifiques s'interrogent sur les différentes manières dont la maladie se manifeste. Ils vont de cas sans aucun symptôme à des cas graves impliquant un syndrome de détresse respiratoire aiguë, qui peut être fatal. Qu'est-ce qui explique cette variabilité ? La réponse se trouve-t-elle dans nos gènes ?

Les coronavirus soulèvent de telles questions depuis plus de 15 ans. En recherchant l'épidémie de 2003 de syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS), Ralph Baric et ses collègues de l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill ont identifié un gène qui, lorsqu'il est réduit au silence par une mutation, rend les souris très sensibles au SRAS-CoV, le coronavirus qui provoque la maladie. Appelé TICAM2, le gène code pour une protéine qui aide à activer une famille de récepteurs, appelés récepteurs Toll-like (TLR), qui sont impliqués dans l'immunité innée, la première ligne de défense contre les agents pathogènes.

L'attention s'est maintenant déplacée vers le SRAS-CoV-2, le nouveau coronavirus qui cause le COVID-19. Et les TLR ont une fois de plus attiré l'intérêt des chercheurs cette fois pour aider à expliquer le nombre excessif d'hommes qui souffrent d'infections graves.

Les hommes représentaient 73% des cas graves de COVID-19 en réanimation en France, selon une enquête nationale publiée le 23 avril. Les différences comportementales et hormonales peuvent être en partie responsables. Mais les gènes peuvent également entrer en ligne de compte. Contrairement aux hommes, les femmes ont deux chromosomes X et portent donc le double des copies du gène TLR7, un détecteur clé de l'activité virale qui aide à renforcer l'immunité.

La génétique des groupes sanguins peut permettre de déterminer si vous êtes susceptible d'être infecté par le virus. Fin mars, Peng George Wang de l'Université des sciences et technologies du Sud en Chine et ses collègues ont publié les résultats d'une étude de préimpression&mdashpas encore évaluée par des pairs&mdash qui a comparé la distribution des groupes sanguins parmi 2 173 patients COVID-19 dans trois hôpitaux des villes chinoises de Wuhan et Shenzhen avec celle des personnes non infectées dans les mêmes zones. Le groupe sanguin A semble être associé à un risque plus élevé de contracter le virus, tandis que le type O offre la plus grande protection pour des raisons qui restent à déterminer.

La précédente épidémie de SRAS offre également des leçons. Les groupes sanguins portent deux types différents de molécules de saccharide (sucre) à la surface des globules rouges. L'une correspond au type A, l'autre au type B. Chaque type de molécule est produit par une enzyme dont le gène existe sous deux formes (une pour le type A et l'autre pour le type B). Une troisième variante de gène code pour une enzyme inactive : le type O (de l'allemand ohne, ce qui signifie &ldquosans&rdquo). Une personne possédant les variantes A et B de l'enzyme a du sang de type AB.

Chaque sucre, A ou B, peut agir comme un antigène. Il peut déclencher la production d'anticorps qui ciblent les antigènes qui lui manquent, c'est pourquoi il faut faire attention aux transfusions sanguines. Dans le système de groupe sanguin ABO, le sang de type O est le plus riche en anticorps et possède à la fois des anticorps anti-A et anti-B, tandis que le sang de type AB n'en possède aucun.

En 2008, Jacques Le Pendu de l'Université de Nantes en France et ses collègues ont étudié un modèle in vitro du SRAS-CoV. Les chercheurs ont montré que la liaison de la protéine S du virus à un récepteur cellulaire ACE2 (enzyme de conversion de l'angiotensine 2), qui est nécessaire pour que l'infection ait lieu, est inhibée par l'anticorps anti-A, bien que les données sur l'anticorps anti-B manquent encore.

Un proche parent de l'ACE2 dans le contrôle de la pression artérielle est l'enzyme de conversion de l'angiotensine 1 (ACE1). Les ACE1 Le gène D, l'une des nombreuses variantes génétiques de l'enzyme, est associé à de faibles niveaux d'expression de la ACE2 gène. En conséquence, les cellules contiennent moins de récepteurs qui permettent l'infection par le SRAS-CoV. La fréquence de ACE1 D diffère d'un pays à l'autre, notamment en Europe, ce qui pose la question de savoir si la répartition géographique de cette variante est en corrélation avec la prévalence du COVID-19. Cela pourrait-il refléter l'épidémiologie de la maladie à l'échelle mondiale ? Marc De Buyzere et ses collègues de l'Université de Gand en Belgique ont constaté que c'était le cas.

En utilisant des données de 25 pays (couvrant une région du Portugal à l'Estonie et de la Turquie à la Finlande), les chercheurs ont montré que 38 pour cent de la variabilité de la prévalence de la maladie s'explique par la fréquence de la ACE1 gène D. Une corrélation similaire est apparue pour les statistiques de mortalité. Les chercheurs ont également noté que le ACE1 Le gène D est moins fréquent dans deux pays asiatiques durement touchés par le SRAS-CoV-2.

Une autre composante génétique de la susceptibilité au nouveau coronavirus peut résider dans les gènes qui codent les antigènes leucocytaires humains (HLA), un ensemble de protéines qui empêchent le système immunitaire humain d'attaquer le corps lui-même. Ces protéines constituent le complexe majeur d'histocompatibilité (MHC), qui marque &ldquoself&rdquo et le distingue de &ldquononself.&rdquo Reid Thompson et ses collègues de l'Oregon Health & Science University ont découvert un lien entre des gènes HLA spécifiques et la gravité de COVID-19.

Les porteurs d'une variante appelée HLA-B*46:01 semble être particulièrement sensible au SARS-CoV-2, comme cela a été démontré précédemment avec le SARS-CoV. En revanche, le HLA-La variante B*15:03 peut fournir une certaine protection. Selon les chercheurs, l'identification des gènes HLA d'une personne, qui peut être effectuée rapidement et à peu de frais, peut aider à mieux prédire la gravité de la maladie et même à identifier ceux qui bénéficieraient le plus de la vaccination.

Plusieurs projets sont en cours pour étudier plus en profondeur les variantes génétiques qui influencent l'infection par le SRAS-CoV-2. Andrea Ganna de l'Université d'Helsinki a lancé la COVID-19 Host Genetics Initiative, qui vise à mobiliser la communauté internationale des généticiens travaillant sur ce sujet. Jean-Laurent Casanova de l'hôpital Necker pour enfants malades de Paris et de l'Université Rockefeller coordonne un effort similaire pour identifier des variantes génétiques qui favorisent le développement de formes particulièrement graves de COVID-19 chez les personnes de moins de 50 ans.

Nous ne sommes peut-être pas tous égaux en ce qui concerne le SRAS-CoV-2. Mais identifier pourquoi ces inégalités existent pourrait aider à les réduire.

Cet article a été initialement publié dans Pour la Science et a été reproduit avec permission.

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