L’impact des mutations récurrentes du SARS-CoV-2 sur l’évasion immunitaire

Abstract

Nous sommes toujours aux prises avec la pandémie de SARS-CoV-2 plus de deux ans après son début. Le virus a depuis accumulé de nombreuses mutations qui ont mené à différentes souches virales au long de la pandémie. Plusieurs de ces mutations sont récurrentes: il y a un excès de mutations C > U dans les génomes viraux, certains codons sont fréquemment mutés vers différents acides aminés et certaines mutations sont convergentes, c’est-à-dire que la même substitution est apparue de manière indépendante sur différentes lignées. Dans ce mémoire, nous avons identifiés différentes manières par lesquelles le SARS-CoV-2 évolue à travers l’étude de ces mutations récurrentes et évaluons leur impact sur l’évasion immunitaire. Premièrement, nous avons déterminés que les mutations C > U sont responsable de l’introduction et du retrait préférentiel d’acides aminés spécifiques dans les épitopes viraux. Nous avons déterminé la significativité statistique de ces patrons de mutation à l’aide de simulations génomiques virales. Deuxièmement, nous avons participé à la surveillance des variants au Québec durant la deuxième vague de la pandémie, qui s’est déroulée d’août 2020 à mars 2021. C’était une période intéressante pour la diversité virale, puisque les restrictions de déplacement ont créé de multiples poches de variants locaux en compétition les uns avec les autres qui partagent des mutations convergentes. Notamment, nous reportons que les lignées B.1.160 et B.1.1.176 comptaient pour 50% des échantillons séquencés au sommet de la deuxième vague dans la province. Finalement, nous avons analysé les patrons mutationnels intra-hôte qui sont apparus de novo dans le contexte d’infections au SARS-CoV-2 de longue durée chez des patients atteints de cancers hématologiques. Une de ces patientes est une patiente québécoise infectée par B.1.160 et dans laquelle nous avons identifié la présence d’un réservoir viral. Nous avons également trouvé des éléments probants montrant différentes quasiespèces virales avec des propriétés d’évasion immunitaire. Nos résultats permettent de mieux comprendre les différentes manières dont les pressions sélectives façonnent l’évolution virale.

We are still living in the SARS-CoV-2 pandemic over two years after its start. The virus has since accumulated many mutations that have led to different viral strains throughout the pandemic. Several of these mutations are recurrent: there is an excess of C > U substitutions in viral genomes, some codons are frequently mutated to different amino acids, and some mutations are convergent, meaning that the same substitution has occurred independently on different lineages. In this thesis, we identified different ways in which SARS-CoV-2 evolves through these recurrent mutations and assess their impact on immune escape. First, we determined that C > U mutations drive the preferential introduction and removal of specific amino acids in viral epitopes. Using genetic simulations, we determined the statistical significance of these patterns. Second, we participated in the surveillance of variants in Quebec during the second wave of the pandemic that went from the end of August 2020 to the end of March 2021. This was an interesting period of viral diversity owing to imposed travel restrictions that created competition between multiple pockets of local strains that share convergent mutations. Notably, we found that lineages B.1.160 and B.1.1.176 account for 50% of samples sequenced at the height of the second wave in the province. Finally, we analyzed intra-host mutational patterns that arose de novo in the context of long-term infections of patients with hematological cancers, one of which was from Québec and infected by B.1.160. We have identified a pattern consistent with the presence of a viral reservoir in this patient. We have also found evidence of different viral quasispecies with immune escape properties. These results shed light on different ways in which selective pressures shape the evolution of SARS-CoV-2.