تظهر الدراسة أن ACE-2 ليس مطلوبًا من الناحية الكيميائية الحيوية لدمج غشاء SARS-CoV2

تظهر الدراسة أن ACE-2 ليس مطلوبًا من الناحية الكيميائية الحيوية لدمج غشاء SARS-CoV2

دراسة نشرت في com.bioRxiv * اختبرت خوادم ما قبل الطباعة الفرضية القائلة بأن مستقبل الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 (ACE-2) لمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة التاجية 2 (SARS-CoV-2) ليس فقط عامل ارتباط في الالتهابات الفيروسية ولكنه يلعب أيضًا دورًا في تنشيط بروتين السنبلة الفيروسية لتسهيل اندماج الأغشية.

Studie: Der ACE-2-Rezeptor beschleunigt, ist aber für die SARS-CoV-2-Membranfusion biochemisch nicht erforderlich. Bildquelle: Kateryna Kon/Shutterstock

*ملاحظة هامة:تنشر bioRxiv تقارير علمية أولية لا تخضع لمراجعة النظراء، وبالتالي لا ينبغي اعتبارها نهائية، أو تهدف إلى توجيه الممارسة السريرية/السلوك المتعلق بالصحة، أو التعامل معها على أنها معلومات ثابتة.

خلفية

يصيب فيروس SARS-CoV-2 الخلايا البشرية باستخدام مستقبل ACE-2 لدى المضيف. يتحكم بروتين السنبلة الفيروسية في دخول SARS-CoV-2 والعدوى عن طريق الارتباط بمستقبلات ACE-2 الموجودة على سطح الخلية البشرية. يتم تنشيط ACE-2 عن طريق الانقسام البروتيني ويدفع الاندماج بين غشاء الخلية والغلاف الفيروسي.

تشير الأدلة من الدراسات إلى أن ACE-2 قد لا يعمل كعامل ربط فحسب، بل قد يساعد أيضًا في تنشيط البروتين الشوكي لـ SARS-CoV-2 لدمج الأغشية. قد يساعد الفهم الأفضل لدور ACE-2 في اندماج الأغشية في توضيح الآلية الكامنة وراء عدوى SARS-CoV-2 والتنبؤ بالتطور المستقبلي لـ SARS-CoV-2 والفيروسات المماثلة الأخرى.

الدراسة

في الدراسة الحالية، استخدم الباحثون الروابط الدهنية للحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) لأنها يمكن أن تدخل بشكل لا رجعة فيه في الأغشية وتمكن من التجميع الذاتي القابل للبرمجة.

يسمح هذا النهج بإدخال خيوط الحمض النووي التكميلية المرتبطة بالدهون في الجزيئات الفيروسية، مما يسمح للجسيمات الشحمية الاصطناعية باستهداف الجزيئات دون الحاجة إلى مستقبلات فسيولوجية. يتم بعد ذلك إعادة تشكيل واختبار المحفزات اللازمة للاندماج كيميائيًا. يتم الكشف عن الاندماج باستخدام المجهر الضوئي لفيروس واحد، حيث يتم رصد التغيرات في حالة الفيروس أثناء الاندماج باستخدام الأصباغ الفلورية. سبق للباحثين استخدام نهج ربط الحمض النووي والدهون لتوصيف الدخول الفيروسي لمختلف عائلات الفيروسات، بما في ذلك الفيروسات المصفرة والفيروسات المخاطية orthomyxoviruses.

استخدم الباحثون الجسيمات الشحمية الاصطناعية لقياس الارتباط والاندماج المعتمدين على السنبلة للأغشية الاصطناعية والخلوية لضمان غياب مستقبل ACE-2. وتم استخدام ثلاثة طفرات لـ SARS-CoV-2 - D614G/N501Y، ووهان وأوميكرون (B.1.1.529) - ونوعين من الجسيمات الفيروسية - جزيئات تشبه الفيروسات (VLPs) تنتج عن التعبير عن الفيروسات الزائفة لبروتينات S وM وE وN الموجودة على نواة فيروس نقص المناعة البشرية - في التجارب.

قام الفريق بشكل منفصل باحتضان الأغشية المستهدفة وجزيئات الفيروس مع خيوط الحمض النووي التكميلية المرتبطة بدهون DPPE. لقد قاموا بتثبيت الأغشية المستهدفة في خلية تدفق الموائع الدقيقة، وبالتالي تمكين جزيئات الفيروس من الارتباط.

نتائج

وقد وجد أن أحداث الاندماج تحدث فقط عندما تكون جزيئات الفيروس مرتبطة بالأغشية المستهدفة ويكون الأنزيم البروتيني موجودًا. تمت مراقبة الاندماج في المقام الأول باستخدام خليط الدهون بين الغشاء المستهدف وجسيم الفيروس وتم اكتشافه عن طريق إخماد صبغة تكساس الحمراء الموجودة في غلاف الفيروس، مما أدى إلى تعزيز التألق. كان ربط ACE-2 الفيروسي بوساطة الحمض النووي محددًا؛ انخفض عدد الجزيئات الممتزة بأكثر من 25 ضعفًا عند حذف الحمض النووي. وبالمثل، لم تحدث أي أحداث اندماج في غياب الأنزيم البروتيني الخارجي.

عند مقارنة حركية الاندماج الفيروسي لفيروسات Omicron وWuhan النمطية الكاذبة على نوى فيروس نقص المناعة البشرية وفيروسات Wuhan D614G/N501Y VLPs المستخدمة في هذه الدراسة، وجد الفريق أنه في حين أن كلا الفيروسين الزائفين لهما معدلات اندماج مماثلة، فإن VLPs أعطت معدلات اندماج أسرع قليلاً ولكن بشكل ملحوظ.

يمكن أن يكون الاختلاف الملحوظ في معدلات الاندماج ناتجًا عن مجموعة متنوعة من العوامل، بما في ذلك الاختلافات في كثافة البروتين المرتفع على VLPs مقارنةً بنواة فيروس نقص المناعة البشرية، وبروتينات E وM في VLPs، وطفرات D614G/N501Y، ونسبة الارتفاع النشطة على سطح VLP.

عندما تنوع البروتياز المستخدم للتنشيط في تجارب أوميكرون ووهان، لم تكن معدلات الاندماج حساسة لتركيز الأنزيم البروتيني في حدود 200 إلى 1000 ميكروغرام/مل. تمشيا مع التقارير السابقة ، لم يكن بروتياز الغشاء سيرين 2 (TMPRSS2) فعالاً في تنشيط طفرات الأوميكرون لدمج الغشاء. ومع ذلك، في حالة جزيئات D614G/N501Y، أدت إضافة 40 ميكروغرام/مل TMPRSS2 إلى حركية اندماج مختلفة عن 200 ميكروغرام/مل التربسين.

تشير هذه الملاحظات إلى أن الانقسام المحلل للبروتين قد لا يكون خطوة الحد من معدل اندماج الغشاء للـ VLPs المرتبطة بالحمض النووي لأن التغيير في تركيز الأنزيم البروتيني يجب أن يؤثر على تكوين مجمع الإنزيم والركيزة ويجب أن تغير التغييرات في هوية الأنزيم البروتيني حركية الاندماج.

عندما تمت إضافة ACE-2 القابل للذوبان في الوقت نفسه إلى الأنزيم البروتيني، لوحظت زيادة كبيرة في معدل حركية خلط الدهون في تجارب Wuhan وOmicron Spike. يوضح هذا أنه على الرغم من إمكانية الوصول إلى توافقات بروتين السنبلة المطلوبة لدمج الأغشية بدون ACE-2، فإن مستقبل ACE-2 يعزز توافقات السنبلة التي تفضل دمج الغشاء.

دبلوم

بشكل عام، وجد الباحثون أن الفيروسات الزائفة لـ SARS-CoV-2 وVLPs لا تحتاج إلى ACE-2 لدمج الأغشية عند تنشيطها باستخدام بروتياز مناسب. ومع ذلك، فإن إضافة ACE-2 القابل للذوبان أدى إلى تسريع تفاعل الاندماج في سلالة ووهان SARS-CoV-2 ومتغير Omicron. كشفت نتائج التحليل الحركي أن هناك خطوتين على الأقل للحد من معدل دمج الغشاء الفيروسي. كانت إحدى الخطوات تعتمد على ACE-2، أما الأخرى فلم تكن كذلك.

تؤكد النتائج المذكورة أعلاه أن مستقبل ACE-2 ليس مطلوبًا من الناحية الكيميائية الحيوية لدمج غشاء SARS-CoV-2 عند وجود عامل ربط بديل. ومع ذلك، نظرًا لأن ACE-2 يعمل كعامل شديد الألفة لارتباط الفيروس بالخلايا البشرية، فإن استبداله بعوامل ارتباط أخرى قد يؤثر على قابلية تطور SARS-CoV-2 وبيئة اللياقة الفيروسية لفيروسات كورونا الناشئة في المستقبل.

*ملاحظة هامة:تنشر bioRxiv تقارير علمية أولية لا تخضع لمراجعة النظراء، وبالتالي لا ينبغي اعتبارها نهائية، أو تهدف إلى توجيه الممارسة السريرية/السلوك المتعلق بالصحة، أو التعامل معها على أنها معلومات ثابتة.

مرجع:

• Vorläufiger wissenschaftlicher Bericht.
  Cervantes, M. et al. (2022) „Der ACE-2-Rezeptor beschleunigt, ist aber biochemisch nicht für die SARS-CoV-2-Membranfusion erforderlich.“ bioRxiv. doi: 10.1101/2022.10.22.513347. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.10.22.513347v1