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Evidências bioquímicas e estruturais mostram que as mutações omicron são melhor adaptadas à ACE2 de camundongo do que à ACE2 humana
Em um estudo recente publicado na PNAS, os pesquisadores mostraram a base estrutural de como as mutações omicron aninhadas no domínio de ligação ao receptor (RBD) se adaptaram à enzima conversora de angiotensina 2 (ACE2) de camundongo em vez da ACE2 humana. Estudo: Base estrutural para reconhecimento de receptores de camundongos pela variante Omicron do SARS-CoV-2. Crédito da imagem: Naeblys/Shutterstock Antecedentes Há muita especulação sobre a origem da preocupante variante Omicron (VOC) do coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2), mas as evidências experimentais são escassas. Seu aparecimento repentino e rápida disseminação levantaram questões sobre seu reservatório animal. Alguns resíduos de aminoácidos distinguem o RBD prototípico do RBD de...
Evidências bioquímicas e estruturais mostram que as mutações omicron são melhor adaptadas à ACE2 de camundongo do que à ACE2 humana
Num estudo recente publicado em PNAS Os pesquisadores mostraram a base estrutural de como as mutações omicron aninhadas no domínio de ligação ao receptor (RBD) se adaptaram à enzima conversora de angiotensina 2 (ACE2) de camundongo em vez da ACE2 humana.
Studie: Strukturelle Grundlage für die Erkennung von Mausrezeptoren durch die Omicron-Variante von SARS-CoV-2. Bildnachweis: Naeblys/Shutterstock
fundo
Há muita especulação sobre a origem da preocupante variante Omicron (VOC) do coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2), mas as evidências experimentais são escassas. Seu aparecimento repentino e rápida disseminação levantaram questões sobre seu reservatório animal.
Alguns resíduos de aminoácidos distinguem o RBD prototípico do RBD dos coronavírus de morcego. O Omicron BA.2 RBD difere do RBD prototípico em 16 resíduos, com sete aninhados no motivo de ligação ao receptor (RBM) e em contato direto com ACE2.
Sobre o estudo
No presente estudo, os pesquisadores recuperaram os traços evolutivos das mutações omicron RBM. Eles examinaram o reconhecimento ACE2 do RBD do ômicron, com foco nas mutações Q493R, Q498R, N501Y e Y505H, que circundam dois hotspots de mutação, hotspot-31 ou hotspot-353.
Os pesquisadores usaram mutagênese dirigida ao local para sintetizar o gene que codifica os protótipos S, hACE2 e mACE2 do SARS-CoV-2. Em seguida, eles usaram um ensaio de ressonância plasmônica de superfície (SPR) para medir as interações de ligação entre RBDs e moléculas ACE2. Para confirmar os dados do SPR, a equipe também realizou um teste de entrada do pseudovírus Omicron. Eles empacotaram pseudovírus Omicron com quatro mutações reversas (Q493R, Q498R, N501Y e Y505H) antes de infectar células que expressam mACE2.
Finalmente, a equipe determinou a estrutura cristalina do Omicron RBD em complexo com ACE2 de camundongo em 2,84 Å.
Resultados do estudo
Embora o SARS-CoV-2 prototípico não tenha infectado camundongos de forma eficiente, outros VOCs anteriores de SARS-CoV-2 de humanos e outras espécies animais desenvolveram a mutação N501Y para facilitar o uso do receptor mACE2 pelo SARS-CoV-2. Além disso, apenas os ratos têm asparagina (Asn31) e histidina (His353) na sua sequência ACE2, sugerindo que Omicron evoluiu em ratos.
O ensaio SPR mostrou que o RBD prototípico não se ligou ao mACE2, enquanto o RBD Omicron se ligou ao mACE2 com boa afinidade. A introdução das mutações reversas R493Q, R498Q, Y501N e H505Y no RBD do ômicron reduziu apenas ligeiramente a ligação do mACE2. Além disso, o estudo identificou mutações Q493R, Q498R e Y505H RBM que são estruturalmente especificamente adaptadas ao mACE2, sugerindo que essas mutações foram os traços evolutivos deixados pela Omicron.
Provavelmente foi o que aconteceu durante a evolução do SARS-CoV-2: uma variante do SARS-CoV-2 contendo a mutação N501Y se espalhou de humanos ou de outra espécie animal para camundongos. Mais tarde, à medida que esta variante se espalhou em camundongos, desenvolveram-se mutações RBM específicas de camundongos (por exemplo, Q493R, Q498R e Y505N), contribuindo para o surgimento do VOC Omicron. As sequências ACE2 de algumas espécies de ratos também contêm Asn31 ou His353. Além dos humanos, o Omicron pode ter sido transmitido a outras espécies cujo ACE2 continha resíduos de motivos de ligação ao vírus (VBM) compatíveis com o Omicron RBD.
O complexo quimérico Omicron RBD-mACE2 quimérico revelou as extensas interações entre o Omicron RBM e os motivos de ligação ao vírus mACE2 (VBMs). O Hotspot-31 estabiliza o núcleo da interface RBM/VBMs, onde os resíduos de lisina-31 e ácido glutâmico35-VBM formam uma ligação de hidrogênio com a glutamina493. No mACE2, o resíduo 31 é uma asparagina e substitui Lys31 no hACE2. Assim, Arg493 em RBM forma duas ligações de hidrogênio bifurcadas com Asn31-VBM na interface entre o Omicron RBM e os VBMs de camundongo, estabilizando assim a interface RBM / VBMs e aumentando a afinidade do Omicron RBD para mACE2. No geral, a mutação Omicron Q493R em torno do hotspot-31 adaptou-se estruturalmente ao Asn31 no mACE2.
Conclusões
Os dados do estudo atual mostraram que o Omicron RBD estava bem adaptado ao ACE2 de camundongo antes mesmo de começar a infectar humanos. Os investigadores usaram evidências bioquímicas e estruturais para mostrar que os ratos facilitaram o desenvolvimento do VOC Omicron, fornecendo informações muito necessárias sobre a origem evolutiva do SARS-CoV-2. Estas descobertas também facilitariam a vigilância epidemiológica do SARS-CoV-2 em animais como ratinhos e ratos para elucidar a história evolutiva do SARS-CoV-2 e prevenir futuras pandemias de coronavírus.
Referência:
- 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.