Évolution moléculaire des séquences de protéines et utilisation des codons dans les virus de la variole du singe
Évolution moléculaire des séquences protéiques et de l’utilisation des codons du virus de la variole du singe
Contexte de recherche
L’épidémie de virus de la variole du singe (Monkeypox virus, MPXV) en 2022 a suscité une grande attention mondiale en matière de santé publique. Cependant, les mécanismes d’évolution du virus de la variole du singe ne sont pas encore totalement compris. Le virus de la variole du singe est un virus à ADN double brin linéaire appartenant à la famille des Poxviridae, à la sous-famille des Chordopoxvirinae et au genre Orthopoxvirus. Son génome est d’environ 197 kb et code pour environ 200 gènes. Le virus de la variole du singe peut infecter divers animaux, y compris les humains, les primates non humains et les rongeurs. Comme le virus de la variole (Variola virus, VARV) et le virus de la vaccine (Vaccinia virus, VACV), le virus de la variole du singe peut également causer des maladies et des décès chez l’homme.
Le virus de la variole du singe a été découvert pour la première fois en 1958 dans un établissement animal au Danemark, et isolé pour la première fois chez des cas humains en République démocratique du Congo en 1970. Avant 2022, le virus de la variole du singe était principalement endémique dans les pays d’Afrique centrale et occidentale, avec des cas importés occasionnels dans d’autres régions. En mai 2022, le Royaume-Uni a signalé le premier cas de l’épidémie de virus de la variole du singe de 2022, qui a ensuite déclenché une pandémie mondiale et a été déclarée urgence de santé publique de portée internationale par l’Organisation mondiale de la santé le 23 juillet. Au 11 septembre 2023, un total de 90 439 cas confirmés avaient été signalés dans 115 pays et régions du monde.
Selon l’analyse phylogénétique, le virus de la variole du singe est divisé en deux lignées principales : la lignée I (lignée “Afrique centrale”) et la lignée II (lignée “Afrique occidentale”), cette dernière étant subdivisée en sous-lignées IIa et IIb. La plupart des cas de l’épidémie de 2022 appartiennent à la sous-lignée IIb.
Source du document
Cet article a été rédigé par Kejia Shan, Changcheng Wu, Xiaolu Tang, Ruojian Lu et Yaling Hu, respectivement de l’École des sciences de la vie de l’Université de Pékin, de Sinovac Biotech Ltd. et de l’Institut de contrôle et de prévention des maladies virales du Centre chinois de contrôle et de prévention des maladies. L’article a été publié en 2024 dans Genomics, Proteomics & Bioinformatics.
Méthodes de recherche
Pour étudier les modèles d’évolution du virus de la variole du singe, l’équipe de recherche a téléchargé 2789 séquences génomiques du virus de la variole du singe à partir des bases de données NCBI et GISAID, et a effectué les étapes clés de recherche suivantes :
a) Flux de travail de recherche
Téléchargement et classification des séquences génétiques : L’équipe de recherche a classé les séquences génomiques virales téléchargées en quatre lignées (I, IIa, IIb-a, IIb-b) pour analyse.
Détection des signaux de sélection positive : En calculant le taux de substitution des bases d’ADN (dn/ds) entre les lignées pour chaque gène, l’équipe a constaté que dans la plupart des comparaisons, la valeur de x était inférieure à 1, indiquant que la sélection purificatrice était la principale force motrice de l’évolution des gènes du virus de la variole du singe. Cependant, dans la comparaison entre la lignée I et la lignée II, 12 gènes ont montré une valeur médiane de x supérieure à 1, dont le gène opg027 a montré des signaux de sélection positive dans toutes les comparaisons.
Analyse de l’accélération de l’évolution des protéines : L’outil d’analyse Treetime a été utilisé pour estimer le taux d’évolution génomique de 756 génomes de la sous-lignée IIb, révélant que les variantes du virus de la variole du singe de l’épidémie de 2022 ont connu une accélération de l’évolution de leurs séquences protéiques.
Analyse des relations épistatiques : En analysant le déséquilibre de liaison (LD) des SNP dans le génome viral, l’équipe de recherche a découvert des effets d’interaction significatifs entre ces mutations.
Analyse du biais d’utilisation des codons : Les résultats de l’analyse de l’indice d’adaptation des codons (CAI) ont montré que, par rapport aux gènes humains, les gènes du virus de la variole du singe ont tendance à utiliser des codons non optimisés. De plus, le niveau d’optimisation des codons du virus de la variole du singe a diminué au fil du temps, mais sa létalité était négativement corrélée au CAI, bien qu’on ne sache pas si cette relation est fortuite ou causale.
b) Principaux résultats de la recherche
Signaux de sélection positive : Dans l’étude, le gène opg027 a montré des signaux significatifs de sélection positive dans la comparaison entre la lignée I et la lignée II, indiquant des changements adaptatifs positifs au cours du processus de différenciation des lignées.
Accélération de l’évolution des protéines : L’analyse de 756 génomes du virus de la variole du singe de l’épidémie de 2022 a démontré une accélération de l’évolution dans le temps, en particulier en termes de mutations non synonymes.
Relations épistatiques entre les mutations : L’étude a révélé que de nombreuses mutations dans le génome du virus de la variole du singe présentent de fortes relations d’interaction, ce qui pourrait affecter l’adaptabilité et la vitesse d’évolution des variantes virales.
Biais d’utilisation des codons : Il a été découvert que l’indice d’adaptation des codons du virus de la variole du singe diminuait avec le temps. L’utilisation des codons était la plus optimisée dans la lignée I et la moins optimisée dans la sous-lignée IIb-b.
c) Conclusion
Cette étude, à travers l’analyse de l’évolution des séquences protéiques et de l’utilisation des codons du virus de la variole du singe, fournit une nouvelle perspective pour comprendre les mécanismes moléculaires de la propagation et de l’adaptation du virus chez les hôtes. L’étude souligne le rôle potentiel de la sélection positive dans la différenciation des lignées, ainsi que la relation importante entre le biais d’utilisation des codons et la létalité du virus.
d) Points forts de la recherche
Révélation de la sélection positive : L’étude a révélé des signaux de sélection positive pour opg027 dans la différenciation des lignées du virus de la variole du singe.
Accélération de l’évolution : L’étude a démontré pour la première fois une accélération de l’évolution des séquences protéiques des variantes du virus de la variole du singe de l’épidémie de 2022.
Relations épistatiques des mutations : La découverte de relations épistatiques significatives entre les mutations du génome viral offre de nouvelles perspectives pour comprendre l’adaptabilité du virus.
Biais d’utilisation des codons : L’étude a clarifié la tendance du virus de la variole du singe à utiliser des codons non optimisés et a exploré sa relation avec la virulence.
Importance de la recherche
Cette étude, à travers une analyse approfondie du génome du virus de la variole du singe, a non seulement approfondi notre compréhension des mécanismes d’évolution du virus, mais a également fourni de nouvelles orientations pour le développement futur de vaccins. L’étude approfondie des signaux de sélection positive du gène opg027 et du phénomène d’accélération de l’évolution des séquences protéiques pourrait aider à développer des mesures de contrôle plus efficaces.
Grâce à ces étapes de recherche détaillées et à ces résultats, cet article fournit une compréhension complète de l’évolution moléculaire du virus de la variole du singe, ce qui contribuera à la recherche fondamentale et appliquée future sur le virus.