Des chercheurs aux États-Unis ont fait une découverte importante sur le traitement et la présentation des peptides viraux du coronavirus 2 (SRAS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère qui permet de mieux comprendre la réponse immunitaire à la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) et peut aider à faciliter la conception de vaccins améliorés.
L'équipe a présenté la première analyse détaillée des peptides viraux présentés par l'antigène leucocytaire humain de classe I (HLA-I) sur des cellules humaines infectées par le SRAS-CoV-2.
Fait intéressant, les chercheurs ont découvert que neuf des peptides viraux sont dérivés de cadres de lecture ouverts non canoniques (ORF) dans la protéine virale Spike et la nucléoprotéine. Le pic est la structure de surface que le SRAS-CoV-2 utilise pour se lier aux cellules hôtes et les infecter, tandis que la nucléoprotéine est impliquée dans l'empaquetage de l'ARN viral et la libération de virions.
L'équipe affirme que la découverte suggère que les études de la réponse des lymphocytes T chez les patients COVID-19 qui ne se concentrent actuellement que sur les ORF viraux canoniques excluent un nombre important d'épitopes HLA-I dérivés du virus.
Les pools actuels de peptides HLA-I dérivés du SRAS-CoV-2 qui permettent d'identifier les signatures virales activant les cellules T peuvent être incomplets, affirment Pardis Sabeti (Broad Institute of MIT et Harvard, Cambridge) et ses collègues.
De nouvelles approches qui identifient directement les peptides SRAS-CoV-2 naturellement présentés aideraient à éclairer la conception de futurs pools pour fournir une caractérisation plus détaillée des réponses des lymphocytes T chez les patients COVID-19. De telles approches faciliteraient également la conception de vaccins plus efficaces, affirment les chercheurs.
Une version pré-imprimée du papier est disponible sur le serveur bioRxiv *, tandis que l'article fait l'objet d'un examen par les pairs.
Conception expérimentale et mesures de l'immunopeptidome HLA-I, du protéome entier et de l'ARN-seq dans les cellules infectées par le SARS-CoV-2. (A) Représentation schématique de l'expérience et de la voie de présentation de l'antigène. Les cellules A549 / ACE2 / TMPRSS2 et HEK293T / ACE2 / TMPRSS2 ont été infectées par SARS-CoV-2 (souche Washington, numéro d'accession MN985325) à la multiplicité de l'infection (MOI) de 3 dans une installation BSL3 et récoltées à 12, 18 et 24hpi ( heures après l'infection). Pour les mesures d'immunopeptidome HLA-I, les cellules ont été lysées et les complexes peptidiques HLA-I ont été immunoprécipités. L'écoulement après immunoprécipitation a été recueilli pour des mesures de protéome entier. Pour l'ARN-seq, nous avons ajouté Trizol aux cellules infectées, purifié l'ARN et effectué un séquençage de courtes lectures spécifiques aux brins. Les spectres MS / MS de l'analyse d'immunopeptidome et du protéome ont été recherchés par rapport à une base de données de protéines comprenant le protéome humain, les ORF SARS-CoV-2 canoniques et non canoniques et filtrés à 1,5% FDR. (B) Fréquence de population des 9 allèles endogènes HLA-I exprimés dans les cellules A549 et HEK293T. (C) Distribution de longueur des peptides HLA dans les cellules infectées et naïves. (D) Motif de séquences 9-mères identifiées dans les cellules infectées et naïves. (E) Fraction de peptides observés attribués aux allèles en utilisant la prédiction HLAthena (seuil de rang percentile
Les limites des approches actuelles
Alors que les efforts de recherche pour développer des vaccins efficaces contre le SRAS-CoV-2 se poursuivent, il est essentiel de comprendre le rôle que jouent les cellules T dans l'établissement d'une immunité à long terme contre le virus.
Après l'infection, les protéines virales sont traitées et présentées à la surface de la cellule hôte par HLA-I pour être reconnues par les cellules T cytotoxiques, qui induisent ensuite une réponse immunitaire pour combattre le virus.
À ce jour, la plupart des études qui ont examiné l'interaction entre les cellules T et les antigènes du SRAS-CoV-2 ont utilisé des prédictions bioinformatiques de l'affinité de liaison du HLA-I. Cependant, cette approche est limitée car elle ne tient pas compte de toutes les étapes impliquées dans le traitement et la présentation de l'antigène, et les valeurs prédictives positives moyennes obtenues à travers les allèles HLA ne sont encore que d'environ 64%.
Ces modèles de prédiction ne tiennent pas non plus compte de la façon dont les virus pourraient modifier les processus cellulaires et affecter la présentation de l'antigène.
«Par exemple, les virus peuvent atténuer la traduction des protéines de l'hôte, réguler à la baisse la machinerie du protéasome et interférer avec l'expression de HLA-I», expliquent Sabeti et son équipe. «Ces changements façonnent la collection de peptides HLA-I viraux et d'origine humaine présentés au système immunitaire.»
Les mesures expérimentales des peptides SARS-CoV-2 présentés sur les cellules hôtes sont donc essentielles pour comprendre comment le système immunitaire répond à l'infection.
L'immunopeptidomique HLA-I basée sur la spectrométrie de masse est une approche directe et impartiale pour découvrir des peptides présentés de manière endogène et pour établir les processus qui régissent le traitement et la présentation de l'antigène.
«Tirer parti des ensembles de données d'immunopeptidomes HLA-I pour apprendre les règles de traitement des antigènes spécifiques aux virus améliorera notre capacité à prédire avec précision les épitopes viraux et à les utiliser pour étudier les réponses immunitaires chez les patients COVID-19», écrivent les chercheurs.
L'analyse des données dérivées de la spectrométrie de masse nécessite la sélection d'un ensemble d'ORF viraux à examiner, et jusqu'à présent, ces analyses se sont principalement concentrées sur les ORF canoniques.
Cependant, au cours des dix dernières années, des études de séquençage à l'échelle du génome ont révélé un nombre surprenant d'ORF non canoniques dans les génomes viraux, dont la fonction reste largement inconnue.
Qu'a trouvé l'étude actuelle?
Sabeti et ses collègues ont maintenant présenté la première analyse détaillée de l'immunopeptidome HLA-I dans deux lignées cellulaires humaines infectées par le SARS-CoV-2 en utilisant la spectrométrie de masse, le séquençage de l'ARN et les mesures de protéomique globale.
L'équipe a identifié des peptides viraux HLA-I dérivés non seulement d'ORF canoniques, mais également d'ORF non canoniques dans le SRAS-CoV-2 Spike et la nucléoprotéine qui ne sont pas capturés par les vaccins actuels.
«Remarquablement, 9 des 29 peptides viraux détectés sont dérivés d'ORF internes hors cadre dans S (Spike) (S.iORF1 / 2) et N (nucléoprotéine) (ORF9b)», écrivent les chercheurs.
L'équipe affirme que cette découverte implique que les études actuelles sur les réponses des lymphocytes T chez les patients COVID-19 qui se concentrent uniquement sur les ORF viraux canoniques excluent un nombre important d'épitopes HLA-I dérivés du virus.
Les chercheurs ont estimé que sur la base de la liste des peptides du SRAS-CoV-2 traités de manière endogène et présentés, un pool de 24 peptides fournirait un ou plusieurs peptides pour au moins un allèle HLA-I dans 99% de la population humaine.
Quelles sont les implications de l'étude?
Sabeti et ses collègues disent que les résultats de l'étude pourraient être utilisés pour faciliter la sélection basée sur les données de peptides pour la surveillance immunitaire et pour améliorer la conception de vaccins efficaces.
«Ces résultats suggèrent que les pools de peptides actuels peuvent être incomplets», écrivent les chercheurs.
«Par conséquent, des approches non biaisées telles que l'immunopeptidomique LC-MS / MS qui identifient directement les peptides SARS-CoV-2 présentés naturellement sur les cellules hôtes peuvent éclairer la conception de futurs pools pour permettre une caractérisation plus complète des réponses des lymphocytes T chez les patients COVID-19», conclut l'équipe.
*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 être traités comme des informations établies.
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