Biokeemilised ja struktuurilised tõendid näitavad, et omikroni mutatsioonid on hiire ACE2-ga paremini kohanenud kui inimese ACE2-ga

Biokeemilised ja struktuurilised tõendid näitavad, et omikroni mutatsioonid on hiire ACE2-ga paremini kohanenud kui inimese ACE2-ga

aastal avaldatud hiljutises uuringus PNAS Teadlased näitasid struktuurset alust sellele, kuidas retseptorit siduvas domeenis (RBD) pesitsevad omikronmutatsioonid kohanesid pigem hiire angiotensiini konverteeriva ensüümiga 2 (ACE2), mitte inimese ACE2-ga.

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

taustal

Raske ägeda respiratoorse sündroomi koroonaviiruse 2 (SARS-CoV-2) murettekitava Omicroni variandi (VOC) allika üle spekuleeritakse palju, kuid eksperimentaalseid tõendeid on vähe. Selle ootamatu ilmumine ja kiire levik on tekitanud küsimusi selle loomade reservuaari kohta.

Mõned aminohappejäägid eristavad prototüüpset RBD-d nahkhiirte koroonaviiruste RBD-st. Omicron BA.2 RBD erineb prototüüpsest RBD-st 16 jäägi poolest, millest seitse on pesastatud retseptori sidumismotiivi (RBM) sees ja kontakteeruvad otse ACE2-ga.

Uuringu kohta

Käesolevas uuringus leidsid teadlased omikroniliste RBM-mutatsioonide evolutsioonilised jäljed. Nad uurisid omikroni RBD ACE2 äratundmist, keskendudes mutatsioonidele Q493R, Q498R, N501Y ja Y505H, mis ümbritsevad kahte mutatsioonipunkti, hotspot-31 või hotspot-353.

Teadlased kasutasid SARS-CoV-2 prototüüpe S, hACE2 ja mACE2 kodeeriva geeni sünteesimiseks saidile suunatud mutageneesi. Järgmisena kasutasid nad pinnaplasmonresonantsi (SPR) testi, et mõõta RBD-de ja ACE2 molekulide vahelisi seostumisinteraktsioone. SPR-i andmete kinnitamiseks viis meeskond läbi ka Omicroni pseudoviiruse sisenemise testi. Enne mACE2 ekspresseerivate rakkude nakatamist pakendasid nad Omicroni pseudoviirused nelja pöördmutatsiooniga (Q493R, Q498R, N501Y ja Y505H).

Lõpuks määras meeskond Omicron RBD kristallstruktuuri kompleksis hiire ACE2-ga 2, 84 Å juures.

Uuringu tulemused

Kuigi prototüüpne SARS-CoV-2 ei nakatanud tõhusalt hiiri, olid teised varasemad inimestelt ja teistelt loomaliikidelt pärit SARS-CoV-2 lenduvad orgaanilised ühendid arendanud N501Y mutatsiooni, et hõlbustada SARS-CoV-2 poolt mACE2 retseptori kasutamist. Lisaks on ainult hiirtel ACE2 järjestuses asparagiin (Asn31) ja histidiin (His353), mis viitab sellele, et Omicron arenes hiirtel.

SPR-analüüs näitas, et prototüüpne RBD ei seondunud mACE2-ga, samas kui Omicron RBD seondus mACE2-ga hea afiinsusega. Pöördmutatsioonide R493Q, R498Q, Y501N ja H505Y sisseviimine omikroni RBD-sse vähendas mACE2 seondumist vaid veidi. Lisaks tuvastati uuringus Q493R, Q498R ja Y505H RBM mutatsioonid, mis on struktuurselt spetsiifiliselt kohandatud mACE2-ga, mis viitab sellele, et need mutatsioonid olid Omicroni jäetud evolutsioonilised jäljed.

Tõenäoliselt juhtus SARS-CoV-2 evolutsiooni käigus: N501Y mutatsiooni sisaldav SARS-CoV-2 variant levis inimestelt või mõnelt teiselt loomaliigilt hiirtele. Hiljem, kui see variant hiirtel levis, arenesid välja hiirespetsiifilised RBM-mutatsioonid (nt Q493R, Q498R ja Y505N), mis aitasid kaasa Omicroni lenduvate orgaaniliste ühendite tekkele. Mõnede rotiliikide ACE2 järjestused sisaldavad ka Asn31 või His353. Lisaks inimestele võis Omicron edasi kanduda ka teistele liikidele, kelle ACE2 sisaldas Omicroni RBD-ga ühilduvaid viiruseid siduvaid motiive (VBM).

Kimäärne Omicron RBD-kimäärne mACE2 kompleks näitas ulatuslikke interaktsioone Omicron RBM ja mACE2 viirust siduvate motiivide (VBM) vahel. Hotspot-31 stabiliseerib RBM/VBM-i liidese südamikku, kus lüsiin-31 ja glutamiinhappe35-VBM jäägid moodustavad vesiniksideme glutamiiniga493. MACE2-s on jääk 31 asparagiin ja asendab Lys31 hACE2-s. Seega moodustab Arg493 RBM-is kaks kaheharulist vesiniksidet Asn31-VBM-iga Omicron RBM-i ja hiire VBM-ide vahelises liideses, stabiliseerides seeläbi RBM / VBM-i liidest ja suurendades Omicron RBD afiinsust mACE2 suhtes. Üldiselt on hotspot-31 ümbritsev Omicroni mutatsioon Q493R struktuurselt kohandatud Asn31-ga mACE2-s.

Järeldused

Praegused uuringuandmed näitasid, et Omicron RBD oli hiire ACE2-ga hästi kohanenud enne, kui see inimesi nakatama hakkas. Teadlased kasutasid biokeemilisi ja struktuurseid tõendeid, et näidata, et hiired hõlbustasid Omicroni lenduvate orgaaniliste ühendite väljatöötamist, pakkudes väga vajalikku teavet SARS-CoV-2 evolutsioonilisest päritolust. Need leiud hõlbustaksid ka SARS-CoV-2 epidemioloogilist jälgimist loomadel, nagu hiired ja rotid, et selgitada välja SARS-CoV-2 evolutsiooniline ajalugu ja vältida tulevasi koroonaviiruse pandeemiaid.

Viide:

• 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.