Characterizing the impact of the mutational landscape of SARS-CoV-2 on epitope presentation and CTL

Abstract

La pandémie actuelle de COVID-19, causée par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), a entraîné plus de 6 millions de décès et près de 680 millions de cas confirmés dans le monde. Depuis l'émergence du virus en décembre 2019, beaucoup d’efforts de recherche mondiaux ont visé à étudier la relation entre le SRAS-CoV-2 et l'immunité adaptative à médiation cellulaire. La caractérisation des réponses immunitaires à base de lymphocytes T CD4+ et CD8+ contre le SRAS-CoV-2 dans le contexte de mutations virales est d'une pertinence immédiate pour l’approfondissement de nos connaissances concernant l'immunité adaptative envers un virus en évolution, ainsi que l'amélioration de vaccins. Dans cette thèse, je passerai en revue les découvertes actuelles concernant la biologie du SRAS-CoV-2 et sa relation avec le système immunitaire adaptatif humain. Je discuterai ensuite les divers mécanismes par lesquels le SRAS-CoV-2, ainsi que d'autres virus, se sont avérés échapper l’immunité adaptative humoral et cellulaire. Enfin, je présenterai mes contributions à la compréhension du paysage mutationnel global du SRAS-CoV-2 et de sa capacité à échapper à la reconnaissance par les lymphocytes T CD8+. Dans ce travail, j'ai observé que le paysage mutationnel global du SRAS-CoV-2 était régi par des biais de mutation au cours de la première année de la pandémie, le plus répandu d’entre eux conduisant à la suppression de la proline. Il a ensuite été prédit que cette élimination globale de la proline conduirait à la perte d’épitopes reconnues par les cellules T CD8+ d'une manière dépendante sur les super-types HLA, avec la perte d'épitopes survenant préférentiellement dans le contexte du super-type HLA-B7. Le modèle développé dans ce travail propose un lien entre les biais mutationnels globaux du SRAS-CoV-2, les allèles HLA et l'évasion des lymphocytes T. Ce travail crée un cadre pour anticiper l'impact des variantes existantes et émergentes du SRAS-CoV- 2 envers la réponse immunitaire à base de lymphocytes T CD8+.

The current COVID-19 pandemic, caused by Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has led to upwards of 6 million deaths and nearly 680 million confirmed cases worldwide. Since the emergence of the virus in December 2019, astounding global research efforts have been aimed at investigating the relationship between SARS-CoV-2 and cell-mediated adaptive immunity. Characterizing CD4+ and CD8+ T Lymphocyte responses to SARS-CoV-2 in the context of viral mutations is of immediate relevance to understanding the breadth of a population’s adaptive immunity to an evolving virus and is central to the improving existing vaccines. In this thesis, I will review all present findings pertaining to the biology of SARS-CoV-2 and its relationship with the human adaptive immune system. I will then discuss the various mechanisms by which SARS-CoV-2, along with other viruses, have been found to evade the various arms of the adaptive immune system. Finally, I will present my contributions to the understanding of the global mutational landscape of SARS-CoV-2 and its ability to evade recognition by CD8+ T lymphocytes. By investigating over 300,000 SARS-CoV-2 genomic sequences, I observed that the mutational landscape of SARS-CoV-2 was governed by mutation biases during the first year of the pandemic, with the most prevalent bias leading to the removal of proline. The observed global removal of Proline was predicted to lead to the loss of CD8+ T cell epitopes in an HLA-supertype-dependent manner, with the loss of epitopes occurring preferentially in the context of the HLA-B7 supertype. The model developed proposes a link between SARS-CoV-2 global mutational biases, HLA alleles and T cell evasion. This work creates a framework to anticipate the population-specific impact of existing and emerging SARS-CoV-2 variants on CD8+ T cell-based immunity.