Imagerie vivante et quantification de l’infection virale chez des souris transgéniques K18 hACE2 à l’aide du SARS-CoV-2 recombinant exprimant le rapporteur

Le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) est un virus à ARN simple brin enveloppé, à sens positif, qui appartient à la lignée des Betacoronavirus de la famille des Coronaviridae ¹. Cette famille virale est divisée en Alpha-, Beta-, Gamma-, et Delta-coronavirus¹. Les alpha- et betacoronavirus infectent principalement les mammifères, tandis que les Gamma- et Deltacoronavirus infectent presque exclusivement les oiseaux². À ce jour, sept coronavirus (CoV) ont franchi les barrières des espèces et sont apparus comme des coronavirus humains (HCoV) : deux alpha-CoV (HCoV-229E et HCoV-NL63) et cinq bêta-CoV (HCoV-OC43, HCoV-HKU1, SARS-CoV, coronavirus du syndrome respiratoire du Moyen-Orient [MERS-CoV] et SARS-CoV-2)3,4,5,6. Le SRAS-CoV, le MERS-CoV et le SARS-CoV-2 sont hautement pathogènes et causent une infection grave des voies respiratoires inférieures⁷. Avant l’émergence du SRAS-CoV-2, il y avait deux épidémies causées par des CoV : le SARS-CoV à Guangdong Providence, en Chine, de 2002 à 2003, avec un taux de létalité d’environ 9,7 %; et merS-CoV au Moyen-Orient de 2012 à aujourd’hui, avec un CFR d’environ 34%^7,8. Le SARS-CoV-2 a un CFR global compris entre 3,4% et 49%, les conditions sous-jacentes contribuant à un CFR plus élevé^{de 8,9}. Depuis sa découverte en décembre 2019, à Wuhan, en Chine, le SARS-CoV-2 a été responsable de plus de 242 millions d’infections humaines et de plus de 4,9 millions de décès humains dans le monde 7,10,11,12. Notamment, depuis la fin de 2020, les nouvelles variantes préoccupantes (VoC) et les variantes d’intérêt (VoI) du SRAS-CoV-2 ont eu une incidence sur les caractéristiques du virus, y compris la transmission et l’antigénicité ^9,13, et l’orientation générale de la pandémie de COVID-19. Pour le traitement des infections à SARS-CoV-2, il n’existe actuellement qu’un seul États-Unis (États-Unis). L’antiviral thérapeutique (remdésivir) de la Food and Drug Administration (FDA) et un médicament d’autorisation d’utilisation d’urgence (EUA) (baricitinib, à administrer en association avec le remdésivir)¹⁴. Il existe également 6 anticorps monoclonaux EUA approuvés: REGEN-COV (casirivimab et imdevimab, administrés ensemble), sotrovimab, tocilizumab et bamlanivimab et étesevimab administrés ensemble 15,16,17,18,19. Il n’existe actuellement qu’un seul vaccin prophylactique approuvé par la FDA, Pfizer-BioNTech, et deux autres vaccins prophylactiques (Moderna et Janssen) ont été approuvés^{par l’EUA} 20,21,22,23,24. Cependant, avec le taux d’infection incontrôlé et l’émergence de la VoC et de la VoI, le SARS-CoV-2 constitue toujours une menace pour la santé humaine. Par conséquent, de nouvelles approches sont nécessaires de toute urgence pour identifier des prophylactiques et des traitements efficaces pour contrôler l’infection par le SRAS-CoV-2 et la pandémie de COVID-19 toujours en cours.

L’étude du SARS-CoV-2 nécessite des techniques laborieuses et des approches secondaires pour identifier la présence du virus dans les cellules infectées et/ou des modèles animaux d’infection validés. L’utilisation de la génétique inverse a permis la génération de virus recombinants pour répondre à des questions importantes dans la biologie des infections virales. Par exemple, les techniques de génétique inverse ont fourni des moyens de découvrir et de comprendre les mécanismes de l’infection virale, de la pathogenèse et de la maladie. De même, les approches de génétique inverse ont ouvert la voie à la conception de virus recombinants dépourvus de protéines virales pour comprendre leur contribution à la pathogenèse virale. En outre, des techniques de génétique inverse ont été utilisées pour générer des virus recombinants exprimant des gènes rapporteurs pour des applications in vitro et in vivo, y compris l’identification d’approches prophylactiques et / ou thérapeutiques pour le traitement des infections virales. Les protéines fluorescentes et bioluminescentes sont les gènes rapporteurs les plus couramment utilisés en raison de leur sensibilité, de leur stabilité et de leur facilité de détection basée sur l’amélioration des nouvelles technologies^25,26. In vitro, il a été démontré que les protéines fluorescentes constituent une meilleure option pour la localisation des virus dans les cellules infectées, tandis que les luciférases sont plus pratiques pour les études de quantification 27,28,29. In vivo, les luciférases sont préférées aux protéines fluorescentes pour l’imagerie d’animaux entiers, tandis que les protéines fluorescentes sont préférées pour l’identification des cellules infectées ou l’imagerie ex vivo ^30,31,32. L’utilisation de virus recombinants exprimant le rapporteur a servi d’outil puissant pour l’étude des virus dans de nombreuses familles, y compris, entre autres, les flavivirus, les entérovirus, les alphavirus, les lentivirus, les arénavirus et les virus de la grippe 28,33,34,35,36.

Pour surmonter le besoin d’approches secondaires pour étudier le SARS-CoV-2 et caractériser l’infection par le SARS-CoV-2 en temps réel in vivo, nous avons généré des protéines recombinantes (r)SARS-CoV-2 capables de réplication qui expriment des protéines bioluminescentes (nanoluciférase, Nluc) ou fluorescentes (Vénus) en utilisant notre génétique inverse basée sur les chromosomes artificiels bactériens (BAC) précédemment décrite, qui sont maintenues en une seule copie chez E. coli afin de minimiser la toxicité des séquences virales lors de sa propagation chez les bactéries^37,38. Notamment, rSARS-CoV-2/Nluc et rSARS-CoV-2/Venus ont montré une pathogénicité de type rSARS-CoV-2/WT in vivo. Le niveau élevé d’expression de Vénus à partir de rSARS-CoV-2/Vénus a permis de détecter une infection virale dans les poumons de souris transgéniques K18 hACE2 infectées à l’aide d’un système d’imagerie in vivo (IVIS)³⁹. Les niveaux d’expression de Vénus étaient bien corrélés avec les titres viraux détectés dans les poumons, démontrant la faisabilité d’utiliser l’expression de Vénus comme substitut valide de l’infection par le SRAS-CoV-2. En utilisant rSARS-CoV-2/Nluc, nous avons pu suivre la dynamique de l’infection virale en temps réel et évaluer longitudinalement l’infection par le SARS-CoV-2 in vivo en utilisant la même approche IVIS chez des souris transgéniques K18 hACE2.