SARS-CoV-2-Varianten entwickeln sich nicht, um der T-Zell-vermittelten Immunität zu entkommen

In einer kürzlich veröffentlichten Studie bioRxiv* Pre-Print-Server zeigten Forscher, dass sich die Varianten des Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) des schweren akuten respiratorischen Syndroms nicht weiterentwickelt haben, um der T-Zell-vermittelten Immunität zu entkommen.

Studien: SARS-CoV-2-Varianten entwickeln sich nicht, um eine weitere Flucht vor der MHC-I-Erkennung zu fördern. Bildnachweis: NIAID

Studien haben gezeigt, dass Mutationen im offenen Leserahmen 8 (ORF8)-Gen von SARS-CoV-2 eine Schlüsselrolle bei der Modulation seiner Pathogenese und Anpassung an den Wirt spielten, indem sie die Spiegel des Haupthistokompatibilitätskomplexes Klasse I (MHC-I) und Interferon-stimuliert regulieren Gene (ISG). Bemerkenswerterweise induziert das ORF8-Protein den autophagischen Abbau von MHC-I und verleiht Resistenz gegen die Überwachung durch zytotoxische T-Lymphozyten (CTL). Von nun an identifizierten Studien während der frühen Phase der Pandemie der Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19) die schnelle Entwicklung des ORF8-Gens von SARS-CoV-2.

Mehrere einzigartige Mutationen innerhalb des ORF8-Gens wurden in SARS-CoV-2-Varianten von Bedenken (VOCs) identifiziert; jedoch hat keines die Fähigkeit von ORF8 erhöht, die MHC-I-Expression zu unterdrücken. Die MHC-I-induzierte Antigenpräsentation ist entscheidend für die CTL-Aktivierung Cluster of Differentiation 8 (CD8 +), die virusinfizierte Zellen abtötet. Anschließend spekulierten die Forscher, dass sich VOC und sein ORF8-Gen weiter entwickeln, um MHC-I zu unterdrücken, das die durch Gedächtnis-CD8 + -T-Zellen vermittelte Immunität, die durch eine vorherige Infektion oder Impfung aufgebaut wurde, umgeht.

Über das Studium

In der vorliegenden Studie infizierten die Forscher Calu-3-Zellen mit SARS-CoV-2-Varianten und dem Vorfahrenstamm (USA-WA1), um die Transkriptionsniveaus von MHC-I-Genen zu untersuchen, die sich für jede SARS-CoV-2-Variante unterscheiden. Sie führten auch ein multiples Sequenz-Alignment von ORF8-Proteinsequenzen von SARS-CoV-2-Varianten durch, um nicht-synonyme Mutationen zu beobachten.

Darüber hinaus untersuchten die Forscher die Prävalenz von Mutationen in SARS-CoV-2-Varianten, für die sie 3.059 SARS-CoV-2-Genomsequenzdaten aus der Datenbank der globalen Initiative für Vogelgrippedaten (GISAID) herunterluden. Das Team konstruierte außerdem sechs ORF8-Mutanten aus SARS-CoV-2-Varianten, um die variantenspezifische Wirkung auf die MHC-I-Oberflächenexpression infizierter Zellen zu beobachten.

Zuletzt traten die Forscher auf in vivo Experimente, bei denen sie C57BL / 6J-Mäuse intranasal mit einem Maus-adaptierten (MA) Stamm von SARS-CoV-2 infizierten, um die MHC-I-Expressionsniveaus von Lungenepithelzellen zwei Tage nach der Infektion zu analysieren.

Studienergebnisse

In Übereinstimmung mit früheren Berichten hat der USA-WA1-Stamm die humanen Leukozyten-Antigen (HLA)-A-, -B- und -C-Gene signifikant herunterreguliert. Ebenso zeigten die Alpha- und Beta-VOCs eine ähnliche Verringerung der HLA-A-, B- und C-Messenger-Ribonukleinsäure (mRNA)-Expression wie der USA-WA1-Stamm.

Einzigartige Mutationen finden sich im ORF8-Gen der SARS-CoV-2-Varianten (A) Mutantenanteil in den ORF8-Genen der angegebenen SARS-CoV-2-Varianten.  Die gezeigten Aminosäurepositionen werden basierend auf den Ergebnissen des multiplen Sequenzalignments ausgewählt, das in Fig. S1 durchgeführt wurde.  Die Anzahl der für jede Abstammung analysierten Sequenzen wird über jedem Diagramm angezeigt.  (B) Häufigkeit von Aminosäuren an den für Mutanten in jeder Variante angereicherten Positionen.  Die grau dargestellten Aminosäuren entsprechen WT.  (C) Schematische Darstellung von ORF8-Proteinen aus SARS-CoV-2-Varianten.  (D und E) HEK293T-Zellen wurden mit Plasmiden transfiziert, die C-terminal Flag-markierte SARS-CoV-ORF8a/b-, SARS-CoV-2-ORF8-WT- oder SARS-CoV-2-ORF8-Varianten codieren.  Achtundvierzig Stunden nach der Transfektion wurden die Zellen gesammelt und auf die Zelloberflächen-HLA-ABC-Expression analysiert.  Die Daten werden als Roh-MFI (D) oder als Verhältnis von MFI in Flag+-Zellen zu Flag-Zellen, normalisiert auf den Wert von SARS-CoV ORF8a (E) (n = 3), angezeigt.  Die Daten sind Mittelwerte ± Standardabweichung. Die Daten sind repräsentativ für drei unabhängige Experimente.  ***, p</p>
<p style=Einzigartige Mutationen finden sich im ORF8-Gen der SARS-CoV-2-Varianten (A) Mutantenanteil in den ORF8-Genen der angegebenen SARS-CoV-2-Varianten. Die gezeigten Aminosäurepositionen werden basierend auf den Ergebnissen des multiplen Sequenzalignments ausgewählt, das in Fig. S1 durchgeführt wurde. Die Anzahl der für jede Abstammung analysierten Sequenzen wird über jedem Diagramm angezeigt. (B) Häufigkeit von Aminosäuren an den für Mutanten in jeder Variante angereicherten Positionen. Die grau dargestellten Aminosäuren entsprechen WT. (C) Schematische Darstellung von ORF8-Proteinen aus SARS-CoV-2-Varianten. (D und E) HEK293T-Zellen wurden mit Plasmiden transfiziert, die C-terminal Flag-markierte SARS-CoV-ORF8a/b-, SARS-CoV-2-ORF8-WT- oder SARS-CoV-2-ORF8-Varianten codieren. Achtundvierzig Stunden nach der Transfektion wurden die Zellen gesammelt und auf die Zelloberflächen-HLA-ABC-Expression analysiert. Die Daten werden als Roh-MFI (D) oder als Verhältnis von MFI in Flag+-Zellen zu Flag-Zellen, normalisiert auf den Wert von SARS-CoV ORF8a (E) (n = 3), angezeigt. Die Daten sind Mittelwerte ± Standardabweichung. Die Daten sind repräsentativ für drei unabhängige Experimente. ***, p<0,001

Umgekehrt zeigten die Iota- und Gamma-Varianten eine schwächere Herunterregulierung bzw. Hochregulierung von HLA-Klasse-I-Genen. Insgesamt reduzierte eine Mehrheit der SARS-CoV-2-Varianten die HLA-Transkription, genau wie das Ahnenvirus. Es wurde die Möglichkeit angesprochen, dass viele ISGs induzierte MHC-I-Prozessierungs- und -Präsentationswege in Gamma- und B.1.429-infizierten Zellen abgeschwächt waren.

In Bezug auf Mutationen beobachteten die Autoren sieben nicht-synonyme Mutationen und zwei Deletionen in den 10 untersuchten SARS-CoV-2-Varianten. Außerdem identifizierten sie ein vorzeitiges Stoppcodon an der Aminosäureposition Q27 des Alpha-VOC, das die Länge des ORF8-Polypeptids verkürzte und wahrscheinlich seine Funktionalität veränderte. Die R52I- und Y73C-Downstream-Mutationen wirkten sich jedoch nicht auf das Alpha-ORF8-Protein aus.

Mit Ausnahme von Alpha und Omicron enthielten alle anderen SARS-CoV-2-VOCs, einschließlich Beta, Gamma und Delta, Mutationen oder Deletionen im ORF8-Protein. Obwohl keine dieser Mutationen zwischen verschiedenen Linien konserviert war, wiesen die interessierenden SARS-CoV-2-Varianten Epsilon und Iota V100L- bzw. T11I-Mutationen auf.

Darüber hinaus fanden die Autoren mehrere einzigartige linienspezifische Mutationen. Beispielsweise war die in SARS-CoV-2-Klade S identifizierte ORF8-L84S-Mutation einzigartig und wurde in keiner anderen Variante beobachtet. Viele Mutationen, die durch mehrere Sequenzalignment-Analysen entdeckt wurden, waren im Allgemeinen mit Anteilen von 12,5 bis 100 % sehr häufig. Diese Ergebnisse deuteten darauf hin, dass die linienspezifischen Mutationen während der Evolution von SARS-CoV-2 unabhängig voneinander erworben wurden und Mutationen in einer bestimmten Aminosäure ausschließlich einer einzelnen Linie vorbehalten waren. Im Gegensatz zum Influenza-A-Virus schaltet SARS-CoV-2 die MHC-I-Induktion in infizierten Zellen vollständig aus in vivo.

Schlussfolgerungen

Vermutlich hat SARS-CoV-2 wie viele andere Viren Wege entwickelt, um die effiziente MHC-I-vermittelte Antigenpräsentation an CD8 + -T-Zellen zu vermeiden, da diese eine entscheidende Rolle bei der adaptiven Immunantwort des Wirts spielen.

Bei der Untersuchung, ob SARS-CoV-2-Varianten das MHC-I-System des Wirts abgeschaltet haben, stellten die Autoren fest, dass dies nicht der Fall war, sondern dass die Fähigkeit zur Reduzierung der MHC-I-Expression während der gesamten VOC-Entwicklung unverändert blieb. Umgekehrt haben sich SARS-CoV-2-VOCs entwickelt, um die Typ-I-Interferon-Reaktion des Wirts zu begrenzen. Daher ist es sehr wahrscheinlich, dass der SARS-CoV-2-Ahnenstamm vollständig optimiert wurde, um der CD8 + -T-Zell-vermittelten Immunität zu entkommen, und unter keinem evolutionären Druck stand, seine Immunumgehungsstrategie weiter zu optimieren.

Dieser Befund warf auch die Möglichkeit auf, dass SARS-CoV-2 mehrere redundante Mechanismen nutzt, um die MHC-I-Expression zu unterdrücken, um sicherzustellen, dass sie der CTL-Abtötung entkommen. Außerdem beeinträchtigt es im Gegensatz zum Influenza-A- oder Epstein-Barr-Virus das Priming von CD8 + -T-Zellen.

Zusammengenommen zeigten die Studiendaten die Fähigkeit von SARS-CoV-2, die MHC-I-vermittelte Antigenpräsentation an CD8 + -T-Zellen wirksam zu vermeiden, und die Rolle von ORF8 bei seiner effizienten Replikation und Übertragung.

* Wichtiger Hinweis

bioRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte, die keinem Peer-Review unterzogen wurden und daher nicht als schlüssig angesehen werden sollten, die klinische Praxis / gesundheitsbezogenes Verhalten leiten oder als etablierte Informationen behandelt werden sollten.

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