Bioķīmiskie un strukturālie pierādījumi liecina, ka omikronu mutācijas ir labāk pielāgotas peles ACE2 nekā cilvēka ACE2

Bioķīmiskie un strukturālie pierādījumi liecina, ka omikronu mutācijas ir labāk pielāgotas peles ACE2 nekā cilvēka ACE2

Nesenā pētījumā, kas publicēts PNAS Pētnieki parādīja strukturālo pamatu tam, kā omikronu mutācijas, kas ligzdotas receptoru saistošajā domēnā (RBD), pielāgojās peles angiotenzīnu konvertējošajam enzīmam 2 (ACE2), nevis cilvēka ACE2.

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

fons

Ir daudz spekulāciju par smaga akūta respiratorā sindroma koronavīrusa 2 (SARS-CoV-2) satraucošā Omikrona varianta (GOS) avotu, taču eksperimentālu pierādījumu ir maz. Tā pēkšņā parādīšanās un straujā izplatība ir radījusi jautājumus par tās dzīvnieku rezervuāru.

Daži aminoskābju atlikumi atšķir prototipisko UBR no sikspārņu koronavīrusu UBD. Omicron BA.2 RBD atšķiras no prototipiskā UBR ar 16 atlikumiem, no kuriem septiņi ir ievietoti receptoru saistošajā motīvā (RBM) un tiešā saskarē ar ACE2.

Par pētījumu

Šajā pētījumā pētnieki atguva omikronu RBM mutāciju evolūcijas pēdas. Viņi pārbaudīja ACE2 atpazīšanu omikrona UBR, koncentrējoties uz mutācijām Q493R, Q498R, N501Y un Y505H, kas ieskauj divus mutāciju karstos punktus, Hotspot-31 vai Hotspot-353.

Pētnieki izmantoja uz vietas vērstu mutaģenēzi, lai sintezētu gēnu, kas kodē SARS-CoV-2 prototipus S, hACE2 un mACE2. Pēc tam viņi izmantoja virsmas plazmonu rezonanses (SPR) testu, lai izmērītu saistīšanās mijiedarbību starp RBD un ACE2 molekulām. Lai apstiprinātu SPR datus, komanda veica arī Omicron pseidovīrusa ievadīšanas testu. Pirms mACE2 ekspresējošo šūnu inficēšanas viņi iesaiņoja Omicron pseidovīrusus ar četrām reversajām mutācijām (Q493R, Q498R, N501Y un Y505H).

Visbeidzot, komanda noteica Omicron RBD kristāla struktūru kompleksā ar peles ACE2 pie 2,84 Å.

Studiju rezultāti

Lai gan prototipiskais SARS-CoV-2 efektīvi neinficēja peles, citi iepriekšējie SARS-CoV-2 GOS no cilvēkiem un citām dzīvnieku sugām bija attīstījuši N501Y mutāciju, lai atvieglotu SARS-CoV-2 mACE2 receptoru izmantošanu. Turklāt tikai pelēm ACE2 secībā ir asparagīns (Asn31) un histidīns (His353), kas liecina, ka Omicron attīstījās pelēm.

SPR tests parādīja, ka prototipiskais RBD nesaistīja mACE2, bet Omicron RBD saistīja mACE2 ar labu afinitāti. Reverso mutāciju R493Q, R498Q, Y501N un H505Y ieviešana omikrona UBR tikai nedaudz samazināja mACE2 saistīšanos. Turklāt pētījumā tika identificētas Q493R, Q498R un Y505H RBM mutācijas, kas strukturāli ir īpaši pielāgotas mACE2, kas liecina, ka šīs mutācijas bija Omicron atstātās evolūcijas pēdas.

Iespējams, ka tas notika SARS-CoV-2 evolūcijas laikā: SARS-CoV-2 variants, kas satur N501Y mutāciju, izplatījās no cilvēkiem vai citas dzīvnieku sugas uz pelēm. Vēlāk, šim variantam izplatoties pelēm, attīstījās pelēm specifiskas RBM mutācijas (piemēram, Q493R, Q498R un Y505N), veicinot Omicron GOS rašanos. Dažu žurku sugu ACE2 sekvences satur arī Asn31 vai His353. Papildus cilvēkiem Omicron, iespējams, ir pārnests uz citām sugām, kuru ACE2 saturēja vīrusu saistošo motīvu (VBM) atliekas, kas ir saderīgas ar Omicron UBR.

Himēriskais Omicron RBD-himēriskais mACE2 komplekss atklāja plašo mijiedarbību starp Omicron RBM un mACE2 vīrusu saistošiem motīviem (VBM). Hotspot-31 stabilizē RBM/VBM saskarnes kodolu, kur lizīna-31 un glutamīnskābes35-VBM atlikumi veido ūdeņraža saiti ar glutamīnu493. MACE2 31. atlikums ir asparagīns un aizstāj Lys31 hACE2. Tādējādi Arg493 RBM veido divas bifurkētas ūdeņraža saites ar Asn31-VBM saskarnē starp Omicron RBM un peles VBM, tādējādi stabilizējot RBM / VBM saskarni un palielinot Omicron RBD afinitāti pret mACE2. Kopumā Omicron mutācija Q493R, kas ieskauj karsto punktu-31, ir strukturāli pielāgota Asn31 mACE2.

Secinājumi

Pašreizējie pētījuma dati parādīja, ka Omicron RBD bija labi pielāgots peles ACE2, pirms tas pat sāka inficēt cilvēkus. Pētnieki izmantoja bioķīmiskus un strukturālus pierādījumus, lai parādītu, ka peles veicināja Omicron GOS attīstību, sniedzot tik ļoti nepieciešamo ieskatu SARS-CoV-2 evolūcijas izcelsmē. Šie atklājumi arī atvieglotu SARS-CoV-2 epidemioloģisko uzraudzību dzīvniekiem, piemēram, pelēm un žurkām, lai noskaidrotu SARS-CoV-2 evolūcijas vēsturi un novērstu turpmākas koronavīrusa pandēmijas.

Atsauce:

• 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.