Исследование предоставляет доказательства независимой от спайкового белка аттенуации варианта SARS-CoV-2 Omicron.

Study: Spike Protein-independent Attenuation of SARS-CoV-2 Omicron Variant in Laboratory Mice. Image Credit: ktsdesign / Shutterstock

Тяжелый острый респираторный синдром коронавирус 2 (SARS-CoV-2), возбудитель коронавирусной болезни 2019 (COVID-19), нанес ущерб, мутируя и циркулируя по всему миру.

В последнее время на COVID-19 сильно повлияло появление нового варианта SARS-CoV-2 Omicron, B.1.1.529. Вариант Omicron, по-видимому, вытесняет Delta, становясь доминирующим циркулирующим вариантом в большинстве стран мира.

Исследования: Независимая от спайкового белка аттенуация омикронного варианта SARS-CoV-2 у лабораторных мышей. Изображение предоставлено: ktsdesign / Shutterstock

Исследования показали, что вариант омикрон, как известно, избегает иммунитета, вызванного вакциной или естественной инфекцией, из-за более чем 30 мутаций в его шиповидном белке. Вариант Omicron содержит несколько аминокислотных изменений в его рецептор-связывающем домене (RBD), включая S417N, T478K, E484A, Q493R, G496S, Q498R, N501Y и Y505H, которые могут изменять видовой тропизм вируса.

N501Y был обнаружен в вариантах Alpha (B1.1.7), Beta (B1.351) и P.1, и было показано, что он улучшает связывание пиков как с человеческим, так и с мышиным ангиотензинпревращающим ферментом 2 (ACE2). Предполагается, что появление N501Y, наряду с другими мутациями (K417M, E484K, Q493R и Q498R), связано с адаптацией к последовательным пассажам у мышей. Примечательно, что в нескольких недавних исследованиях сообщалось, что вариант Омикрон часто вызывает более легкие заболевания у экспериментальных животных, часто сопровождающиеся более низкой вирусной нагрузкой.

Чтобы решить эту проблему, новое исследование, опубликованное в биоRxiv* сервер препринтов предоставил структурную основу для надежного взаимодействия между рецептор-связывающим доменом спайкового белка Omicron и мышиным ACE2. В исследовании также сравнивали вирусную нагрузку и тяжесть заболевания у лабораторных мышей, инфицированных природным вариантом Омикрон, рекомбинантными наследственными вирусами, несущими шиповидный белок Омикрон, или только мутациями N501Y/Q493R в шипе.

Результаты

Псевдовирусные частицы на основе лентивирусов, упакованные с лысым вирусом (без спайкового белка), предковым спайком WA1 и спайковым белком Omicron, трансфицировали клетки 293T ДНК-плазмидами для экспрессии ACE2 10 видов (человек, свиньи, хорьки, сирийские хомяки, мыши, панголины, подковоносы, крупный рогатый скот, африканские зеленые обезьяны и китайские хомяки).

Было обнаружено, что большинство гомологов ACE2 одинаково способны опосредовать WA1- или Omicron-псевдовирусную инфекцию. Однако экспрессия мышиного ACE2 (mACE2) позволяла заражаться псевдовирусом, несущим шип Omicron, но не шипом WA1. С другой стороны, подковообразная летучая мышь ACE2 (hACE2), однако, опосредовала только проникновение псевдовируса, несущего шип WA1. Сходные результаты были достигнуты, когда псевдовирусы, кодирующие репортерный ген люциферазы светлячка (FLuc), использовали для транзиторной трансфекции или в стабильных клеточных линиях hACE2 и mACE2.

Псевдовирус, несущий шиповидный белок Омикрон, эффективно инфицирует клетки, экспрессирующие mACE2.  (A) Клетки 293T были трансфицированы экспрессионными плазмидами ACE2 10 видов, а затем инфицированы лентивирусными псевдочастицами, несущими шиповидный белок либо варианта Wuhan SARS-CoV-2, либо варианта Omicron.  Зараженные клетки будут положительными по GFP (зеленые).  Ядра, окрашенные синим красителем.  (B) Был проведен такой же эксперимент, как и в A, за исключением того, что были использованы псевдовирусы, экспрессирующие люциферазу светлячка.  (C) Заражение стабильных клеток 293T hACE2 и mACE2 псевдовирусами, несущими шиповидный белок либо варианта Wuhan SARS-CoV-2, либо варианта Omicron.  (D — G) Различная координация заряженных остатков на границе ACE2-RBD.  (D) hACE2-wtRBD (скрытый заряд: 0), (E) mACE2-wtRBD (скрытый заряд: −2 e), (F) hACE2-oRBD (скрытый заряд: +2 e), (G) mACE2-oRBD скрытый заряд: 0).  (H и I) Подробная межфазная координация между mACE2 и oRBD.  (H) Межфазное связывание вблизи солевого мостика R498-D38.  (I) Межфазное связывание вблизи солевого мостика R493-E35.

Псевдовирус, несущий шиповидный белок Омикрон, эффективно инфицирует клетки, экспрессирующие mACE2. (A) Клетки 293T были трансфицированы экспрессионными плазмидами ACE2 10 видов, а затем инфицированы лентивирусными псевдочастицами, несущими шиповидный белок либо варианта Wuhan SARS-CoV-2, либо варианта Omicron. Зараженные клетки будут положительными по GFP (зеленые). Ядра, окрашенные синим красителем. (B) Был проведен такой же эксперимент, как и в A, за исключением того, что были использованы псевдовирусы, экспрессирующие люциферазу светлячка. (C) Заражение стабильных клеток 293T hACE2 и mACE2 псевдовирусами, несущими шиповидный белок либо варианта Wuhan SARS-CoV-2, либо варианта Omicron. (D — G) Различная координация заряженных остатков на границе ACE2-RBD. (D) hACE2-wtRBD (скрытый заряд: 0), (E) mACE2-wtRBD (скрытый заряд: −2 e), (F) hACE2-oRBD (скрытый заряд: +2 e), (G) mACE2-oRBD скрытый заряд: 0). (H и I) Подробная межфазная координация между mACE2 и oRBD. (H) Межфазное связывание вблизи солевого мостика R498-D38. (I) Межфазное связывание вблизи солевого мостика R493-E35.

Кроме того, в исследовании использовалось моделирование молекулярной динамики (МД) в физиологической среде, чтобы распознать структурную основу взаимодействия mACE2-Omicron RBD (oRBD).

По сравнению со штаммом SARS-CoV-2 дикого типа вариант Omicron имеет 15 мутаций RBD, включая две заряженные мутации Q493R и Q498R, расположенные внутри рецептор-связывающего мотива (RBM), который напрямую связывается с ACE2. Два положительно заряженных остатка (R493 и R498) были обнаружены в RBM oRBD, в то время как два нейтральных остатка Q493 и Q498 присутствовали на поверхности Wuhan-подобного предкового RBD (whRBD).

Было обнаружено, что два солевых мостика (K353-D38 и E35-K31), находящиеся на поверхности связывания hACE2, и два нейтральных остатка, Q493 и Q498, присутствующие на поверхности Wuhan-подобного наследственного RBD (whRBD), образуют межфазный водород. облигации. Два солевых мостика были частично похоронены после связывания hACE2-whRBD, что было энергетически выгодно.

Когда hACE2 был связан с oRBD, чистый заряд на интерфейсе был +2, потому что и R493, и R498 были скрыты (частично) на интерфейсе. Это межфазное расположение было энергетически невыгодным и могло ослабить межфазное связывание, но очень благоприятная мутация N501Y усиливала взаимодействие oRBD-hACE2.

Тогда как, когда отрицательно заряженный mACE2 был связан с whRBD, два отрицательно заряженных остатка (D38 и E35) на поверхности связывания mACE2 скрывались на поверхности связывания, что было энергетически невыгодно. Будучи отрицательно заряженным, mACE2 электростатически притягивал положительно заряженный oRBD, а сложные свойства двух солевых мостиков (R493-E35 и R498-D38), скрытых на границе раздела с нулевым суммарным зарядом, что было энергетически выгодно, приводили к усиленному связыванию mACE2 с oRBD. .

В последующем была охарактеризована инфекция 18-месячных мышей Balb/c вариантом Омикрон (изолят hCoV 19/США/MD-HP20874/2021). Исследование включало рекомбинантный наследственный вирус (WA1), несущий цельный шип Omicron (WA1-Omicron-S), и положительный контроль Q493R/N501Y (WA1-Q493R/N501Y).

У мышей, инфицированных WA1-Omicron-S и Q493R/N501Y, развились клинические симптомы через три и четыре дня после заражения (DPI), а вирусная нагрузка, выявленная у инфицированных мышей, была на два логарифма выше по сравнению с естественно инфицированными животными. Инфекция также значительно увеличивала экспрессию интерферон-стимулируемого гена 15 (ISG15). Гистопатология тканей легких, инфицированных естественным вариантом Омикрона, показала, что у большинства инфицированных животных была минимальная инфильтрация иммунными клетками. Принимая во внимание, что мыши, инфицированные WA1-Omicron-S и WA1-Q493R/N501Y, имели обширные альвеолярные воспалительные инфильтраты.

Одним из возможных ограничений текущей работы является ограниченный инокулят, в том числе тот факт, что была исследована только одна естественная вариация Омикрона. Из-за минимального инокулята в исследуемых группах общее заболевание могло быть легким.

Подразумеваемое

Таким образом, эти результаты свидетельствуют о том, что, несмотря на эффективное использование mACE2 в варианте Omicron, генетические изменения за пределами шиповидного белка в естественной версии Omicron способствуют наблюдаемой аттенуации у лабораторных мышей.

Кроме того, низкая вирусная нагрузка, зарегистрированная у мышей, инфицированных Омикроном, маловероятна из-за неспособности варианта проникать в ткани мыши, однако изменения в шиповидном белке все еще могут влиять на тяжесть заболевания. Текущее исследование показало, что снижение вирусной нагрузки и аттенуация, наблюдаемые у лабораторных животных, связаны с блокировкой после входа, вызванной мутациями вне спайкового белка в варианте Омикрон.

* Важное замечание

биоRxiv публикует предварительные научные отчеты, которые не рецензируются экспертами и, следовательно, не должны рассматриваться как окончательные, направляющие клиническую практику/поведение, связанное со здоровьем, или рассматриваться как установленная информация.

.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.