Биохимични и структурни доказателства показват, че мутациите на omicron са по-добре адаптирани към миши ACE2, отколкото към човешки ACE2

Биохимични и структурни доказателства показват, че мутациите на omicron са по-добре адаптирани към миши ACE2, отколкото към човешки ACE2

В скорошно проучване, публикувано в PNAS Изследователите показаха структурната основа за това как мутациите на omicron, вложени в рецепторния свързващ домейн (RBD), се адаптират към миши ангиотензин-конвертиращ ензим 2 (ACE2), а не към човешки ACE2.

Studie: Strukturelle Grundlage für die Erkennung von Mausrezeptoren durch die Omicron-Variante von SARS-CoV-2. Bildnachweis: Naeblys/Shutterstock

фон

Има много спекулации относно източника на тревожния вариант Omicron (VOC) на тежък остър респираторен синдром коронавирус 2 (SARS-CoV-2), но експерименталните доказателства са оскъдни. Внезапната му поява и бързото му разпространение повдигнаха въпроси относно неговия животински резервоар.

Няколко аминокиселинни остатъка отличават прототипния RBD от RBD на прилепните коронавируси. Omicron BA.2 RBD се различава от прототипния RBD с 16 остатъка, като седем са вложени в рецепторния свързващ мотив (RBM) и директно контактуват с ACE2.

Относно изследването

В настоящото изследване изследователите възстановиха еволюционните следи от мутации на omicron RBM. Те изследваха ACE2 разпознаването на RBD на omicron, като се фокусираха върху мутациите Q493R, Q498R, N501Y и Y505H, които обграждат две горещи точки на мутации, гореща точка-31 или гореща точка-353.

Изследователите са използвали сайт-насочена мутагенеза, за да синтезират гена, който кодира SARS-CoV-2 прототипите S, hACE2 и mACE2. След това те използваха тест за повърхностен плазмонен резонанс (SPR), за да измерят свързващите взаимодействия между RBDs и ACE2 молекули. За да потвърди данните за SPR, екипът проведе и входен тест за псевдовирус Omicron. Те опаковаха псевдовируси Omicron с четири обратни мутации (Q493R, Q498R, N501Y и Y505H), преди да инфектират mACE2-експресиращи клетки.

И накрая, екипът определи кристалната структура на Omicron RBD в комплекс с миши ACE2 при 2,84 Å.

Резултати от изследването

Въпреки че прототипът на SARS-CoV-2 не е заразил ефективно мишки, други предишни ЛОС на SARS-CoV-2 от хора и други животински видове са развили мутацията N501Y, за да улеснят използването на SARS-CoV-2 на mACE2 рецептора. Освен това, само мишки имат аспарагин (Asn31) и хистидин (His353) в тяхната ACE2 последователност, което предполага, че Omicron се е развил при мишки.

SPR анализът показа, че прототипният RBD не свързва mACE2, докато Omicron RBD свързва mACE2 с добър афинитет. Въвеждането на обратните мутации R493Q, R498Q, Y501N и H505Y в RBD на omicron само леко намали свързването на mACE2. В допълнение, проучването идентифицира Q493R, Q498R и Y505H RBM мутации, които са структурно специфично адаптирани към mACE2, което предполага, че тези мутации са еволюционните следи, оставени от Omicron.

Вероятно е какво се е случило по време на еволюцията на SARS-CoV-2: Вариант на SARS-CoV-2, съдържащ мутацията N501Y, се е разпространил от хора или друг животински вид към мишки. По-късно, когато този вариант се разпространи при мишки, се развиха специфични за мишката RBM мутации (напр. Q493R, Q498R и Y505N), които допринесоха за появата на Omicron VOC. АСЕ2 последователностите на някои видове плъхове също съдържат Asn31 или His353. В допълнение към хората, Omicron може да е бил предаден на други видове, чийто ACE2 съдържа остатъци от свързващи вируса мотиви (VBM), съвместими с Omicron RBD.

Химерният Omicron RBD-химерен mACE2 комплекс разкри широките взаимодействия между Omicron RBM и mACE2 вирусните свързващи мотиви (VBM). Hotspot-31 стабилизира сърцевината на RBM/VBMs интерфейса, където остатъците от лизин-31 и глутаминова киселина35-VBM образуват водородна връзка с глутамин493. В mACE2, остатък 31 е аспарагин и замества Lys31 в hACE2. По този начин Arg493 в RBM образува две раздвоени водородни връзки с Asn31-VBM на интерфейса между Omicron RBM и миши VBM, като по този начин стабилизира интерфейса RBM/VBM и повишава афинитета на Omicron RBD за mACE2. Като цяло, мутацията на Omicron Q493R, заобикаляща гореща точка-31, структурно адаптирана към Asn31 в mACE2.

Изводи

Данните от настоящото проучване показват, че Omicron RBD е добре адаптиран към миши ACE2, преди дори да започне да заразява хората. Изследователите са използвали биохимични и структурни доказателства, за да покажат, че мишките са улеснили развитието на Omicron VOC, предоставяйки така необходимата представа за еволюционния произход на SARS-CoV-2. Тези констатации също биха улеснили епидемиологичното наблюдение на SARS-CoV-2 при животни като мишки и плъхове, за да се изясни еволюционната история на SARS-CoV-2 и да се предотвратят бъдещи пандемии от коронавирус.

Справка:

• Strukturelle Grundlage für die Erkennung von Mausrezeptoren durch die Omicron-Variante von SARS-CoV-2, Wei Zhang, Ke Shi, Qibin Geng, Gang Ye, Hideki Aihara und Fang Li, PNAS 2022, https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2206509119.