The evolving SARS-CoV-2 epidemic in Africa: Insights from rapidly expanding genomic surveillance

INTRODUCTION Investment in Africa over the past year with regard to severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) sequencing has led to a massive increase in the number of sequences, which, to date, exceeds 100,000 sequences generated to track the pandemic on the continent. These sequences have profoundly affected how public health officials in Africa have navigated the COVID-19 pandemic. RATIONALE We demonstrate how the first 100,000 SARS-CoV-2 sequences from Africa have helped monitor the epidemic on the continent, how genomic surveillance expanded over the course of the pandemic, and how we adapted our sequencing methods to deal with an evolving virus. Finally, we also examine how viral lineages have spread across the continent in a phylogeographic framework to gain insights into the underlying temporal and spatial transmission dynamics for several variants of concern (VOCs). RESULTS Our results indicate that the number of countries in Africa that can sequence the virus within their own borders is growing and that this is coupled with a shorter turnaround time from the time of sampling to sequence submission. Ongoing evolution necessitated the continual updating of primer sets, and, as a result, eight primer sets were designed in tandem with viral evolution and used to ensure effective sequencing of the virus. The pandemic unfolded through multiple waves of infection that were each driven by distinct genetic lineages, with B.1-like ancestral strains associated with the first pandemic wave of infections in 2020. Successive waves on the continent were fueled by different VOCs, with Alpha and Beta cocirculating in distinct spatial patterns during the second wave and Delta and Omicron affecting the whole continent during the third and fourth waves, respectively. Phylogeographic reconstruction points toward distinct differences in viral importation and exportation patterns associated with the Alpha, Beta, Delta, and Omicron variants and subvariants, when considering both Africa versus the rest of the world and viral dissemination within the continent. Our epidemiological and phylogenetic inferences therefore underscore the heterogeneous nature of the pandemic on the continent and highlight key insights and challenges, for instance, recognizing the limitations of low testing proportions. We also highlight the early warning capacity that genomic surveillance in Africa has had for the rest of the world with the detection of new lineages and variants, the most recent being the characterization of various Omicron subvariants. CONCLUSION Sustained investment for diagnostics and genomic surveillance in Africa is needed as the virus continues to evolve. This is important not only to help combat SARS-CoV-2 on the continent but also because it can be used as a platform to help address the many emerging and reemerging infectious disease threats in Africa. In particular, capacity building for local sequencing within countries or within the continent should be prioritized because this is generally associated with shorter turnaround times, providing the most benefit to local public health authorities tasked with pandemic response and mitigation and allowing for the fastest reaction to localized outbreaks. These investments are crucial for pandemic preparedness and response and will serve the health of the continent well into the 21st century

PACAP/VIP signaling in human monocytes

PACAP et VIP sont deux peptides structuralement reliés qui appartiennent à la classe de neuropeptides comprenant la sécrétine, le glucagon et le growth hormone releasing factor. VIP et PACAP ont de nombreuses fonctions biologiques au niveau du système nerveux et sont considérés comme des agents neurotransmetteurs, sécrétagogues, neuroprotecteurs, neurotrophiques, mitogéniques et comme agents différenciant. VIP et PACAP utilisés à des concentrations de l’ordre du nano-molaire sont décrits comme agents anti-inflammatoires. Dans cette thèse, nous montrons que les neuropeptides PACAP et VIP utilisés à des doses élevées de l’ordre du μ-molaire agissent également comme des molécules pro-inflammatoires au niveau des monocytes humains.Nous montrons aussi qu’au sein des monocytes humains, le PACAP agit par l’intermédiaire du récepteur VPAC-1. Les voies de signalisation activées incluent de façon proximale la PLC et la PI3-kinase et de façon plus distale les voies ERK et p38 des MAP-Kinases et les voies dépendantes de focal adhésion kinase associées à la protéine du cytosquelette paxilline. PACAP induit également un pic calcique résultant d’une mobilisation intra- et extracellulaire de calcium.Au niveau fonctionnel, nous montrons quelle PACAP augmente la production de radicaux libres et l’expression membranaire de l’intégrine CD11b impliquée dans l’adhésion et dans la régulation de nombreuses voies métaboliques.Nous montrons également que de faibles doses de PACAP de l’ordre du nM sont suffisantes pour désensibiliser les monocytes à des concentrations plus importantes de PACAP, concentrations connues pour avoir un effet pro-inflammatoire. Le PACAP a ainsi un double rôle, anti-inflammatoire à faible dose et pro-inflammatoire à dose plus élevé.Nous avons de plus investigué la présence d’une transactivation au niveau des cellules monocytaires. Dans ces cellules, PACAP comme rapporté dans les cellules neuronales, utilise la signalisation NGF/TrkA. PACAP augmente la fraction phosphorée du récepteur TrkA. L’utilisation d’inhibiteur spécifique du récepteur au NGF est associée à une diminution de la phosphorylation des voies PACAP-dépendantes telles que AKT et ERK. L’inhibiteur du récepteur au NGF diminue également la mobilisation calcique induite par le PACAP avec au niveau fonctionnel une diminution de la production de radicaux libres et de l’expression de l’intégrine CD11b. Enfin, l’observation que les voies métaboliques (ERK) et que les fonctions (production de radicaux libres) induites par le NGF au sein des cellules monocytaires est sensible à la pertussis toxine, agent modulant des récepteurs à protéines G, indique que les phénomènes de transactivation entre les voies PACAP/VPAC-1 et NGF/TrkA se font de façon bidirectionnelle.Nous montrons enfin que ;à la fois PACAP et VIP sont des ligands du récepteur proinflammatoire FPRL1 au sein des monocytes induisant l’activation des voies AKT/ERK et la mobilisation calcique, responsables de l’augmentation d’expression de l’intégrine CD11b.Nous montrons cependant qu’il existe une voie propre au récepteur VPAC-1, indépendante de FPRL1, médiée par l’axe cAMP/PKA/p38 responsable spécifiquement d’une activité proinflammatoire avec sécrétion de MMP9 et augmentation membranaire de CD35.Doctorat en Sciencesinfo:eu-repo/semantics/nonPublishe

PACAP/VIP signaling in human monocytes

PACAP et VIP sont deux peptides structuralement reliés qui appartiennent à la classe de neuropeptides comprenant la sécrétine, le glucagon et le growth hormone releasing factor. VIP et PACAP ont de nombreuses fonctions biologiques au niveau du système nerveux et sont considérés comme des agents neurotransmetteurs, sécrétagogues, neuroprotecteurs, neurotrophiques, mitogéniques et comme agents différenciant. VIP et PACAP utilisés à des concentrations de l’ordre du nano-molaire sont décrits comme agents anti-inflammatoires. Dans cette thèse, nous montrons que les neuropeptides PACAP et VIP utilisés à des doses élevées de l’ordre du μ-molaire agissent également comme des molécules pro-inflammatoires au niveau des monocytes humains.Nous montrons aussi qu’au sein des monocytes humains, le PACAP agit par l’intermédiaire du récepteur VPAC-1. Les voies de signalisation activées incluent de façon proximale la PLC et la PI3-kinase et de façon plus distale les voies ERK et p38 des MAP-Kinases et les voies dépendantes de focal adhésion kinase associées à la protéine du cytosquelette paxilline. PACAP induit également un pic calcique résultant d’une mobilisation intra- et extracellulaire de calcium.Au niveau fonctionnel, nous montrons quelle PACAP augmente la production de radicaux libres et l’expression membranaire de l’intégrine CD11b impliquée dans l’adhésion et dans la régulation de nombreuses voies métaboliques.Nous montrons également que de faibles doses de PACAP de l’ordre du nM sont suffisantes pour désensibiliser les monocytes à des concentrations plus importantes de PACAP, concentrations connues pour avoir un effet pro-inflammatoire. Le PACAP a ainsi un double rôle, anti-inflammatoire à faible dose et pro-inflammatoire à dose plus élevé.Nous avons de plus investigué la présence d’une transactivation au niveau des cellules monocytaires. Dans ces cellules, PACAP comme rapporté dans les cellules neuronales, utilise la signalisation NGF/TrkA. PACAP augmente la fraction phosphorée du récepteur TrkA. L’utilisation d’inhibiteur spécifique du récepteur au NGF est associée à une diminution de la phosphorylation des voies PACAP-dépendantes telles que AKT et ERK. L’inhibiteur du récepteur au NGF diminue également la mobilisation calcique induite par le PACAP avec au niveau fonctionnel une diminution de la production de radicaux libres et de l’expression de l’intégrine CD11b. Enfin, l’observation que les voies métaboliques (ERK) et que les fonctions (production de radicaux libres) induites par le NGF au sein des cellules monocytaires est sensible à la pertussis toxine, agent modulant des récepteurs à protéines G, indique que les phénomènes de transactivation entre les voies PACAP/VPAC-1 et NGF/TrkA se font de façon bidirectionnelle.Nous montrons enfin que ;à la fois PACAP et VIP sont des ligands du récepteur proinflammatoire FPRL1 au sein des monocytes induisant l’activation des voies AKT/ERK et la mobilisation calcique, responsables de l’augmentation d’expression de l’intégrine CD11b.Nous montrons cependant qu’il existe une voie propre au récepteur VPAC-1, indépendante de FPRL1, médiée par l’axe cAMP/PKA/p38 responsable spécifiquement d’une activité proinflammatoire avec sécrétion de MMP9 et augmentation membranaire de CD35.Doctorat en Sciencesinfo:eu-repo/semantics/nonPublishe

The neuropeptide pituitary adenylate cyclase activating protein stimulates human monocytes by transactivation of the Trk/NGF pathway.

Transactivation is a process whereby stimulation of G-protein-coupled receptors (GPCR) activates signaling from receptors tyrosine kinase (RTK). In neuronal cells, the neuropeptide pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) acting through the GPCR VPAC-1 exerts trophic effects by transactivating the RTK TrkA receptor for the nerve growth factor (NGF). Both PACAP and NGF have pro-inflammatory activities on monocytes. We have tested the possibility that in monocytes, PACAP, as reported in neuronal cells, uses NGF/TrkA signaling pathway. In these cells, PACAP increases TrkA tyrosine phosphorylations through a PI-3kinase dependent but phospholipase C independent pathway. K252a, an inhibitor of TrkA decreases PACAP-induced Akt and ERK phosphorylation and calcium mobilisation resulting in decreases in intracellular H2O2 production and membrane upregulation of CD11b expression, both functions being inhibited after anti-NGF or anti-TrkA antibody treatment. K252a also inhibits PACAP-associated NF-KB activity. Monocytes increase in NGF production is seen after micromolar PACAP exposure while nanomolar treatment which desensitizes cells to high dose of PACAP prevents PACAP-induced TrkA phosphorylation, H2O2 production and CD11b expression. Finally, NGF-dependent ERK activation and H2O2 production is pertussis toxin sensitive. Altogether these data indicate that in PACAP-activated monocytes some pro-inflammatory activities occur through transactivation mechanisms involving VPAC-1, NGF and TrkA-associated tyrosine kinase activity.In VitroJournal ArticleResearch Support, Non-U.S. Gov'tSCOPUS: ar.jinfo:eu-repo/semantics/publishe

Crosstalks between the receptors tyrosine kinase EGFR and TrkA and the GPCR, FPR, in human monocytes are essential for receptors-mediated cell activation

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The neuropeptide pituitary adenylate cyclase activating polypeptide modulates Ca2+ and pro-inflammatory functions in human monocytes through the G protein-coupled receptors VPAC-1 and formyl peptide receptor-like 1.

In human neutrophils, the neuropeptide pituitary adenylate cyclase activating polypeptide (PACAP) acting via the G protein-coupled receptors vasoactive intestinal peptide/PACAP receptor 1 (VPAC-1) and formyl peptide receptor-like 1 (FPRL1) modulates Ca2+ and pro-inflammatory activities. We evaluated in human monocytes the importance of the Ca2+ signal and the participation of FPRL1 in PACAP-associated signaling pathways and pro-inflammatory activities. PACAP-evoked Ca2+ transient involved both Ca2+ influx and intracytoplasmic Ca2+ mobilisation. This was pertussis toxin, protein kinase A and adenylate cyclase dependent indicating the participation of Galphai and Galphas with mobilisation of both InsP3 sensitive and insensitive stores. Intra- or extracellular Ca2+ depletion resulted in the inhibition of PACAP-induced, Akt, ERK, p38 and NF-kappaB activations as well as a decrease in PACAP-associated reactive oxygen species (ROS) production and integrin CD11b membrane upregulation. The FPRL1 antagonist, Trp-Arg-Trp-Trp-Trp (WRW4), decreased PACAP-evoked Ca2+ signal, Akt, ERK phosphorylation, ROS and CD11b upregulation without affecting p38 phosphorylation. NF-kappaB inhibitors prevented PACAP-induced Ca2+ mobilisation. Monocytes pre-treatment with fMLP but not with LPS desensitised cells to the pro-inflammatory effects of PACAP. Thus, both intra- and extracellular Ca2+ play a role in controlling pro-inflammatory functions stimulated by PACAP which acts through a VPAC-1, FPRL1/Galphai/PI3K/ERK pathway and a VPAC-1/Galphas/PKA/p38 pathway to fully activate monocytes.Journal ArticleResearch Support, Non-U.S. Gov'tSCOPUS: ar.jinfo:eu-repo/semantics/publishe

The neuropeptide pituitary adenylate cyclase activating protein is a physiological activator of human monocytes.

Pituitary adenylate cyclase activating protein (PACAP) and its structurally related vasointestinal peptide (VIP) bind to three G-protein-coupled receptors named VPAC1 and VPAC2 for VIP/PACAP receptors and PAC1 for PACAP preferred receptors. We report that in freshly isolated human monocytes PACAP acts as a pro-inflammatory molecule. By RT-PCR, VPAC1 mRNA was the only receptor found to be expressed; VPAC1 protein was detected by Western blotting and visualized by immunohistochemistry. Signaling pathways activated by PACAP include the extracellular regulated kinase (ERK), the stress-activated MAPK p38, the focal adhesion kinase, Pyk2 and its associated cytoskeleton protein paxillin and the phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K). PACAP induces a transient peak in cytoplasmic calcium associated with an increase in reactive oxygen species production and upregulation in membrane expression of the integrin CD11b as well as the complement receptor 1. Control of the different pathways and functions stimulated by PACAP were evaluated using Phospholipase C (PLC), PI-3K, ERK and p38 MAPK inhibitors and led to the conclusion that PLC and to a lesser degree PI-3K activation are upstream events occurring in VPAC1 mediated PACAP stimulation of monocytes and are in contrast to ERK and p38 mandatory for the initiation of other cellular events associated with monocytes activation.Journal ArticleResearch Support, Non-U.S. Gov'tSCOPUS: ar.jinfo:eu-repo/semantics/publishe

VIP differentially activates beta2 integrins, CR1, and matrix metalloproteinase-9 in human monocytes through cAMP/PKA, EPAC, and PI-3K signaling pathways via VIP receptor type 1 and FPRL1.

The neuropeptide vasoactive intestinal peptide (VIP) regulates the exocytosis of secretory granules in a wide variety of cells of neuronal and non-neuronal origin. In human monocytes, we show that the proinflammatory effects of VIP are associated with stimulation of exocytosis of secretory vesicles as well as tertiary (gelatinase) granules with, respectively, up-regulation of the membrane expression of the beta2 integrin CD11b, the complement receptor 1 (CD35), and the matrix metalloproteinase-9 (MMP-9). Using the low-affinity formyl peptide receptor-like 1 (FPRL1) antagonist Trp-Arg-Trp-Trp-Trp-Trp (WRW4) and the exchange protein directly activated by cAMP (EPAC)-specific compound 8CPT-2Me-cAMP and measuring the expression of Rap1 GTPase-activating protein as an indicator of EPAC activation, we found that the proinflammatory effect of VIP is mediated via the specific G protein-coupled receptor VIP/pituitary adenylate cyclase-activating protein (VPAC1) receptor as well as via FPRL1: VIP/VPAC1 interaction is associated with a cAMP increase and activation of a cAMP/p38 MAPK pathway, which regulates MMP-9, CD35, and CD11b exocytosis, and a cAMP/EPAC/PI-3K/ERK pathway, which regulates CD11b expression; VIP/FPRL1 interaction results in cAMP-independent PI-3K/ERK activation with downstream integrin up-regulation. In FPRL1-transfected Chinese hamster ovary-K1 cells lacking VPAC1, VIP exposure also resulted in PI-3K/ERK activation. Thus, the proinflammatory effects of VIP lie behind different receptor interactions and multiple signaling pathways, including cAMP/protein kinase A, cAMP/EPAC-dependent pathways, as well as a cAMP-independent pathway, which differentially regulates p38 and ERK MAPK and exocytosis of secretory vesicles and granules.Journal ArticleResearch Support, Non-U.S. Gov'tSCOPUS: ar.jinfo:eu-repo/semantics/publishe