Biocheminiai ir struktūriniai įrodymai rodo, kad omikronų mutacijos yra geriau pritaikytos pelės ACE2 nei žmogaus ACE2

Biocheminiai ir struktūriniai įrodymai rodo, kad omikronų mutacijos yra geriau pritaikytos pelės ACE2 nei žmogaus ACE2

Neseniai paskelbtame tyrime PNAS Tyrėjai parodė struktūrinį pagrindą, kaip omikronų mutacijos, esančios receptorių surišimo domene (RBD), pritaikytos pelės angiotenziną konvertuojančiam fermentui 2 (ACE2), o ne žmogaus ACE2.

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

fone

Yra daug spėlionių apie sunkaus ūminio kvėpavimo sindromo koronaviruso 2 (SARS-CoV-2) nerimą keliančio Omikrono varianto (VOC) šaltinį, tačiau eksperimentinių įrodymų yra nedaug. Staigus jo atsiradimas ir greitas plitimas sukėlė klausimų dėl jo gyvūnų rezervuaro.

Keletas aminorūgščių liekanų skiria prototipinį UBR nuo šikšnosparnių koronavirusų UBR. Omicron BA.2 RBD skiriasi nuo prototipinio UBR 16 liekanų, septynios yra įdėtos į receptorių surišimo motyvą (RBM) ir tiesiogiai susisiekia su ACE2.

Apie studiją

Šiame tyrime mokslininkai atkūrė omikroninių ŽSM mutacijų evoliucinius pėdsakus. Jie ištyrė ACE2 omikrono UBR atpažinimą, sutelkdami dėmesį į mutacijas Q493R, Q498R, N501Y ir Y505H, kurios supa du mutacijų taškus, hotspot-31 arba hotspot-353.

Tyrėjai panaudojo vietoje nukreiptą mutagenezę, kad susintetintų geną, koduojantį SARS-CoV-2 prototipus S, hACE2 ir mACE2. Tada jie naudojo paviršiaus plazmoninio rezonanso (SPR) tyrimą, kad išmatuotų jungimosi sąveiką tarp RBD ir ACE2 molekulių. Siekdama patvirtinti SPR duomenis, komanda taip pat atliko Omicron pseudoviruso patekimo testą. Prieš užkrėsdami mACE2 ekspresuojančias ląsteles, jie supakavo Omicron pseudovirusus su keturiomis atvirkštinėmis mutacijomis (Q493R, Q498R, N501Y ir Y505H).

Galiausiai komanda nustatė Omicron RBD kristalinę struktūrą komplekse su pelės ACE2 esant 2,84 Å.

Studijų rezultatai

Nors prototipinis SARS-CoV-2 nebuvo veiksmingai užkrėstas pelių, kiti ankstesni SARS-CoV-2 LOJ iš žmonių ir kitų gyvūnų rūšių sukūrė N501Y mutaciją, kad palengvintų SARS-CoV-2 naudojimą mACE2 receptoriais. Be to, tik pelės turi asparaginą (Asn31) ir histidiną (His353) savo ACE2 sekoje, o tai rodo, kad Omicron išsivystė pelėse.

SPR tyrimas parodė, kad prototipinis UBR nesurišo mACE2, o Omicron RBD sujungė mACE2 su geru afinitetu. Atvirkštinių mutacijų R493Q, R498Q, Y501N ir H505Y įvedimas į omikrono UBR tik šiek tiek sumažino mACE2 surišimą. Be to, tyrimas nustatė Q493R, Q498R ir Y505H RBM mutacijas, kurios struktūriškai yra specialiai pritaikytos mACE2, o tai rodo, kad šios mutacijos buvo Omicron palikti evoliuciniai pėdsakai.

Tikėtina, kad tai atsitiko SARS-CoV-2 evoliucijos metu: SARS-CoV-2 variantas, turintis mutaciją N501Y, iš žmonių ar kitos gyvūnų rūšies išplito į peles. Vėliau, kai šis variantas išplito pelėse, išsivystė pelėms būdingos ŽSM mutacijos (pvz., Q493R, Q498R ir Y505N), kurios prisidėjo prie Omicron LOJ atsiradimo. Kai kurių žiurkių rūšių ACE2 sekose taip pat yra Asn31 arba His353. Be žmonių, Omicron galėjo būti perduotas kitoms rūšims, kurių ACE2 buvo virusų surišimo motyvų (VBM) likučių, suderinamų su Omicron UBR.

Chimerinis Omicron RBD-chimerinis mACE2 kompleksas atskleidė plačią Omicron RBM ir mACE2 viruso surišimo motyvų (VBM) sąveiką. Hotspot-31 stabilizuoja RBM / VBM sąsajos šerdį, kur lizino-31 ir glutamo rūgšties35-VBM liekanos sudaro vandenilio ryšį su glutaminu493. mACE2 31 liekana yra asparaginas ir pakeičia Lys31 hACE2. Taigi, Arg493 RBM sudaro dvi dvišakias vandenilio jungtis su Asn31-VBM sąsajoje tarp Omicron RBM ir pelės VBM, taip stabilizuodamas RBM / VBM sąsają ir padidindamas Omicron RBD afinitetą mACE2. Apskritai, Omicron mutacija Q493R, supanti hotspot-31, struktūriškai pritaikyta prie Asn31 mACE2.

Išvados

Dabartiniai tyrimo duomenys parodė, kad Omicron RBD buvo gerai pritaikytas pelių ACE2 dar prieš pradedant užkrėsti žmones. Tyrėjai naudojo biocheminius ir struktūrinius įrodymus, kad parodytų, jog pelės palengvino Omicron LOJ kūrimą, suteikdamos labai reikalingą įžvalgą apie SARS-CoV-2 evoliucinę kilmę. Šios išvados taip pat palengvintų SARS-CoV-2 epidemiologinę priežiūrą gyvūnams, pvz., pelėms ir žiurkėms, siekiant išsiaiškinti SARS-CoV-2 evoliucijos istoriją ir užkirsti kelią būsimoms koronaviruso pandemijoms.

Nuoroda:

• 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.