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Le prove biochimiche e strutturali mostrano che le mutazioni di omicron si adattano meglio all’ACE2 del topo che all’ACE2 umano
In un recente studio pubblicato su PNAS, i ricercatori hanno mostrato le basi strutturali del modo in cui le mutazioni dell’omicron si annidano nel dominio di legame del recettore (RBD) adattandosi all’enzima 2 di conversione dell’angiotensina del topo (ACE2) piuttosto che all’ACE2 umano. Studio: Base strutturale per il riconoscimento dei recettori del topo da parte della variante Omicron di SARS-CoV-2. Credito immagine: Naeblys/Shutterstock Background Ci sono molte speculazioni sulla fonte della preoccupante variante Omicron (VOC) della sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2), ma le prove sperimentali sono scarse. La sua comparsa improvvisa e la rapida diffusione hanno sollevato interrogativi sul suo serbatoio animale. Pochi residui amminoacidici distinguono il prototipo RBD dal RBD di...
Le prove biochimiche e strutturali mostrano che le mutazioni di omicron si adattano meglio all’ACE2 del topo che all’ACE2 umano
In un recente studio pubblicato su PNAS I ricercatori hanno mostrato la base strutturale del modo in cui le mutazioni omicron si annidano nel dominio di legame del recettore (RBD) adattandosi all’enzima 2 di conversione dell’angiotensina (ACE2) del topo piuttosto che all’ACE2 umano.
Studie: Strukturelle Grundlage für die Erkennung von Mausrezeptoren durch die Omicron-Variante von SARS-CoV-2. Bildnachweis: Naeblys/Shutterstock
sfondo
Ci sono molte speculazioni sulla fonte della preoccupante variante Omicron (VOC) della sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2), ma le prove sperimentali sono scarse. La sua comparsa improvvisa e la rapida diffusione hanno sollevato interrogativi sul suo serbatoio animale.
Alcuni residui amminoacidici distinguono il prototipo dell’RBD dall’RBD dei coronavirus dei pipistrelli. L'RBD Omicron BA.2 differisce dall'RBD prototipo per 16 residui, di cui sette annidati all'interno del motivo di legame del recettore (RBM) e direttamente in contatto con ACE2.
A proposito dello studio
Nel presente studio, i ricercatori hanno recuperato le tracce evolutive delle mutazioni dell'RBM di omicron. Hanno esaminato il riconoscimento ACE2 dell’RBD dell’omicron, concentrandosi sulle mutazioni Q493R, Q498R, N501Y e Y505H, che circondano due hotspot di mutazione, hotspot-31 o hotspot-353.
I ricercatori hanno utilizzato la mutagenesi sito-diretta per sintetizzare il gene che codifica i prototipi S, hACE2 e mACE2 di SARS-CoV-2. Successivamente, hanno utilizzato un test di risonanza plasmonica di superficie (SPR) per misurare le interazioni di legame tra RBD e molecole ACE2. Per confermare i dati SPR, il team ha anche condotto un test di ingresso dello pseudovirus Omicron. Hanno confezionato pseudovirus Omicron con quattro mutazioni inverse (Q493R, Q498R, N501Y e Y505H) prima di infettare le cellule che esprimono mACE2.
Infine, il team ha determinato la struttura cristallina di Omicron RBD in complesso con il topo ACE2 a 2,84 Å.
Risultati dello studio
Sebbene il prototipo di SARS-CoV-2 non abbia infettato in modo efficiente i topi, altri precedenti COV SARS-CoV-2 provenienti da esseri umani e altre specie animali avevano sviluppato la mutazione N501Y per facilitare l’uso da parte di SARS-CoV-2 del recettore mACE2. Inoltre, solo i topi hanno asparagina (Asn31) e istidina (His353) nella loro sequenza ACE2, suggerendo che Omicron si sia evoluto nei topi.
L'analisi SPR ha mostrato che il prototipo RBD non legava mACE2, mentre il RBD di Omicron legava mACE2 con buona affinità. L'introduzione delle mutazioni inverse R493Q, R498Q, Y501N e H505Y nell'RBD dell'omicron ha ridotto solo leggermente il legame con mACE2. Inoltre, lo studio ha identificato le mutazioni RBM Q493R, Q498R e Y505H che sono strutturalmente adattate specificamente a mACE2, suggerendo che queste mutazioni fossero le tracce evolutive lasciate da Omicron.
È probabile ciò che è accaduto durante l’evoluzione del SARS-CoV-2: una variante del SARS-CoV-2 contenente la mutazione N501Y si è diffusa dall’uomo o da un’altra specie animale ai topi. Successivamente, quando questa variante si è diffusa nei topi, si sono sviluppate mutazioni RBM specifiche del topo (ad esempio Q493R, Q498R e Y505N), contribuendo all'emergere del VOC Omicron. Le sequenze ACE2 di alcune specie di ratti contengono anche Asn31 o His353. Oltre agli esseri umani, Omicron potrebbe essere stato trasmesso ad altre specie il cui ACE2 conteneva residui di motivi leganti il virus (VBM) compatibili con Omicron RBD.
Il complesso chimerico Omicron RBD-chimerico mACE2 ha rivelato le estese interazioni tra Omicron RBM e i motivi leganti il virus mACE2 (VBM). Hotspot-31 stabilizza il nucleo dell'interfaccia RBM/VBM, dove i residui di lisina-31 e acido glutammico35-VBM formano un legame idrogeno con la glutammina493. In mACE2, il residuo 31 è un'asparagina e sostituisce Lys31 in hACE2. Pertanto, Arg493 in RBM forma due legami idrogeno biforcati con Asn31-VBM all'interfaccia tra Omicron RBM e VBM di topo, stabilizzando così l'interfaccia RBM/VBM e aumentando l'affinità di Omicron RBD per mACE2. Nel complesso, la mutazione Q493R di Omicron che circonda l’hotspot-31 si è adattata strutturalmente ad Asn31 in mACE2.
Conclusioni
I dati dello studio attuale hanno mostrato che l’Omicron RBD era ben adattato all’ACE2 del topo prima ancora che iniziasse a infettare gli esseri umani. I ricercatori hanno utilizzato prove biochimiche e strutturali per dimostrare che i topi hanno facilitato lo sviluppo del COV Omicron, fornendo informazioni tanto necessarie sull’origine evolutiva della SARS-CoV-2. Questi risultati faciliterebbero anche la sorveglianza epidemiologica della SARS-CoV-2 in animali come topi e ratti per chiarire la storia evolutiva della SARS-CoV-2 e prevenire future pandemie di coronavirus.
Riferimento:
- 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.