Suche
Mein Konto
Biochemisch en structureel bewijs toont aan dat omicron-mutaties beter zijn aangepast aan ACE2 van muizen dan aan menselijk ACE2
In een recente studie gepubliceerd in PNAS toonden onderzoekers de structurele basis aan voor hoe de omicron-mutaties genest in het receptorbindende domein (RBD) zich aanpasten aan angiotensine-converterend enzym 2 (ACE2) van muizen in plaats van menselijk ACE2. Studie: Structurele basis voor herkenning van muisreceptoren door de Omicron-variant van SARS-CoV-2. Beeldcredits: Naeblys/Shutterstock Achtergrond Er wordt veel gespeculeerd over de bron van de zorgwekkende Omicron-variant (VOC) van het ernstige acute respiratoire syndroom coronavirus 2 (SARS-CoV-2), maar experimenteel bewijs is schaars. Het plotselinge verschijnen en de snelle verspreiding ervan hebben vragen doen rijzen over het dierenreservoir. Een paar aminozuurresiduen onderscheiden het prototypische RBD van het RBD van...
Biochemisch en structureel bewijs toont aan dat omicron-mutaties beter zijn aangepast aan ACE2 van muizen dan aan menselijk ACE2
Uit een recente studie gepubliceerd in PNAS Onderzoekers toonden de structurele basis aan voor hoe omicron-mutaties genest in het receptorbindende domein (RBD) zich aanpasten aan het angiotensine-converting enzyme 2 (ACE2) van de muis in plaats van aan het menselijke ACE2.
Studie: Strukturelle Grundlage für die Erkennung von Mausrezeptoren durch die Omicron-Variante von SARS-CoV-2. Bildnachweis: Naeblys/Shutterstock
achtergrond
Er wordt veel gespeculeerd over de bron van de zorgwekkende Omicron-variant (VOC) van het ernstige acute respiratoire syndroom coronavirus 2 (SARS-CoV-2), maar experimenteel bewijs is schaars. Het plotselinge verschijnen en de snelle verspreiding ervan hebben vragen doen rijzen over het dierenreservoir.
Een paar aminozuurresiduen onderscheiden het prototypische RBD van het RBD van vleermuiscoronavirussen. De Omicron BA.2 RBD verschilt van de prototypische RBD met 16 residuen, waarvan er zeven genest zijn in het receptorbindende motief (RBM) en rechtstreeks in contact staan met ACE2.
Over de studie
In de huidige studie hebben onderzoekers de evolutionaire sporen van omicron RBM-mutaties teruggevonden. Ze onderzochten ACE2-herkenning van de RBD van de omicron, waarbij ze zich concentreerden op de mutaties Q493R, Q498R, N501Y en Y505H, die twee mutatiehotspots omringen, hotspot-31 of hotspot-353.
De onderzoekers gebruikten plaatsgerichte mutagenese om het gen te synthetiseren dat codeert voor de SARS-CoV-2-prototypes S, hACE2 en mACE2. Vervolgens gebruikten ze een Surface Plasmon Resonance (SPR)-test om de bindingsinteracties tussen RBD's en ACE2-moleculen te meten. Om de SPR-gegevens te bevestigen, voerde het team ook een Omicron-pseudovirus-instaptest uit. Ze verpakten Omicron-pseudovirussen met vier omgekeerde mutaties (Q493R, Q498R, N501Y en Y505H) voordat ze cellen die mACE2 tot expressie brachten, infecteerden.
Ten slotte bepaalde het team de kristalstructuur van Omicron RBD in complex met muis ACE2 bij 2,84 Å.
Studieresultaten
Hoewel het prototypische SARS-CoV-2 muizen niet efficiënt infecteerde, hadden andere eerdere SARS-CoV-2 VOC's van mensen en andere diersoorten de N501Y-mutatie ontwikkeld om het gebruik van de mACE2-receptor door SARS-CoV-2 te vergemakkelijken. Bovendien hebben alleen muizen asparagine (Asn31) en histidine (His353) in hun ACE2-sequentie, wat suggereert dat Omicron in muizen is geëvolueerd.
De SPR-test toonde aan dat het prototypische RBD mACE2 niet bond, terwijl het Omicron RBD mACE2 met goede affiniteit bond. Het introduceren van de omgekeerde mutaties R493Q, R498Q, Y501N en H505Y in de RBD van de omicron verminderde de mACE2-binding slechts licht. Bovendien identificeerde de studie Q493R-, Q498R- en Y505H-RBM-mutaties die structureel specifiek zijn aangepast aan mACE2, wat suggereert dat deze mutaties de evolutionaire sporen waren die Omicron had achtergelaten.
Het is waarschijnlijk wat er gebeurde tijdens de evolutie van SARS-CoV-2: een SARS-CoV-2-variant met de N501Y-mutatie verspreidde zich van mensen of een andere diersoort naar muizen. Later, toen deze variant zich onder muizen verspreidde, ontwikkelden zich muisspecifieke RBM-mutaties (bijv. Q493R, Q498R en Y505N), die bijdroegen aan de opkomst van de Omicron VOC. De ACE2-sequenties van sommige rattensoorten bevatten ook Asn31 of His353. Naast mensen is Omicron mogelijk ook overgedragen op andere soorten waarvan het ACE2 virusbindende motieven (VBM)-residuen bevatte die compatibel zijn met de Omicron RBD.
Het chimere Omicron RBD-chimere mACE2-complex onthulde de uitgebreide interacties tussen de Omicron RBM en de mACE2-virusbindende motieven (VBM's). Hotspot-31 stabiliseert de kern van het RBM/VBMs-interface, waar lysine-31 en glutaminezuur35-VBM-residuen een waterstofbinding vormen met glutamine493. In mACE2 is residu 31 een asparagine en vervangt Lys31 in hACE2. Aldus vormt Arg493 in RBM twee gevorkte waterstofbruggen met Asn31-VBM op het grensvlak tussen de Omicron RBM en muis-VBM's, waardoor het RBM/VBMs-grensvlak wordt gestabiliseerd en de affiniteit van Omicron RBD voor mACE2 wordt vergroot. Over het geheel genomen heeft de Omicron-mutatie Q493R rondom hotspot-31 zich structureel aangepast aan Asn31 in mACE2.
Conclusies
Uit de huidige onderzoeksgegevens bleek dat de Omicron RBD goed was aangepast aan ACE2 van muizen voordat het zelfs maar mensen begon te infecteren. De onderzoekers gebruikten biochemisch en structureel bewijs om aan te tonen dat muizen de ontwikkeling van de Omicron VOC faciliteerden, wat het broodnodige inzicht verschafte in de evolutionaire oorsprong van SARS-CoV-2. Deze bevindingen zouden ook de epidemiologische surveillance van SARS-CoV-2 bij dieren zoals muizen en ratten vergemakkelijken om de evolutionaire geschiedenis van SARS-CoV-2 op te helderen en toekomstige pandemieën van het coronavirus te voorkomen.
Referentie:
- 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.