Блог

Aug 04, 2023

ОРВИ

Том коммуникативной биологии

Биология связи, том 5, Номер статьи: 1170 (2022) Цитировать эту статью

Доступы 2010 г.

6 цитат

26 Альтметрика

Подробности о метриках

Тримерный гликопротеин шипа (S), который выступает из оболочки вируса SARS-CoV-2, связывается с человеческим ACE2, инициируется переключением по крайней мере одного протомерного рецепторсвязывающего домена (RBD) с «нижнего» (закрытого) на «верхнее» положение. "(открытое) состояние. Здесь мы использовали крупномасштабное молекулярно-динамическое моделирование и двумерные расчеты зонтичного обмена репликами с более чем тысячей окон и общей продолжительностью моделирования 160 мкс, чтобы исследовать этот переход с гликанами и без них. Мы обнаружили, что гликозилированный шип имеет более высокий барьер для открытия, а также энергетически предпочитает нижнее состояние по сравнению с верхним. Анализ пути открытия S-белка показывает, что гликаны в N165 и N122 мешают водородным связям между RBD и N-концевым доменом в активном состоянии, тогда как гликаны в N165 и N343 могут стабилизировать как нижнее, так и верхнее состояния. Наконец, мы оцениваем, как меняется воздействие эпитопов для нескольких известных антител на пути открытия. Мы обнаружили, что эпитоп антитела BD-368-2 постоянно подвергается воздействию, что объясняет его высокую эффективность.

Пандемия COVID-19, вызванная коронавирусом SARS-CoV-2, быстро распространилась по всему миру, оказав беспрецедентное пагубное воздействие на глобальное здравоохранение и экономику1. Быстрая разработка нескольких вакцин2, методов лечения моноклональными антителами3 и терапевтических средств4 смягчила нынешнюю вирусную вспышку. Однако продолжающаяся угроза со стороны вариантов, включая доминирующие в настоящее время сублинии Омикрона5, и возможность будущих вспышек коронавируса6 требуют тщательного понимания жизненного цикла вируса, включая распознавание, связывание, инфицирование и иммунный ответ.

Инфекция SARS-CoV-2 инициируется распознаванием и связыванием рецептора ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE2) клетки-хозяина7,8. Этот процесс опосредован белком-шипом SARS-CoV-2 (S), гомотримерным слитым гликопротеином класса I, который выступает из поверхности вириона SARS-CoV-2. Выпуск последовательности S-белка в начале 2020 года в сочетании с более ранними структурными работами над родственными бетакоронавирусами привел к быстрому определению структур растворенных, предварительно стабилизированных перед слиянием конструкций эктодоменов S-белка9,10,11, а также полноразмерных шипов12 и интактные вирионы13. Каждый протомер состоит из субъединиц S1 и S2, разделенных многоосновным сайтом расщепления фурином. S1 содержит рецептор-связывающий домен (RBD) и опосредует распознавание клетки-хозяина, тогда как S2 состоит из механизма слияния мембран, необходимого для проникновения вируса7. Белок S является основной антигенной мишенью с множеством эпитопов, на которые нацелена иммунная система человека, включая RBD и N-концевой домен (NTD)14,15,16,17. Предполагается также, что рекомбинантный RBD является потенциальным ингибитором проникновения SARS-CoV-218. Более того, гликозилирование белка S помогает маскировать и защищать вирус от реакции иммунной системы хозяина19,20,21. Белок S характеризуется конформационными состояниями вниз и вверх, которые временно преобразуются посредством шарнирного движения, обнажая мотив связывания рецептора (RBM), который состоит из остатков RBD от S438 до Q50622. RBM похоронен в межпротомерном интерфейсе белка S-down; следовательно, привязка к ACE2 опирается на стохастическое взаимное преобразование между состояниями «вниз» и «вверх».

Исследования криоэлектронной микроскопии (крио-ЭМ) выявили подробную структурную информацию как для верхних, так и для нижних конформационных состояний23. Однако относительно мало исследований изучали динамику этих состояний подъема/спада и взаимопреобразование между ними. Например, FRET для одиночных молекул использовался для демонстрации стохастической природы переходов S-белка24, с сообщенными временными рамками порядка миллисекунд до секунд. Следует отметить, что более поздние исследования FRET с одиночными молекулами обнаружили измененную кинетику перехода вниз-вверх для мутантных шиповидных белков25. Моделирование молекулярной динамики (МД) дополняет эти экспериментальные исследования, предоставляя описания промежуточных состояний между нижним и верхним уровнем на атомном уровне, которые необходимы для характеристики динамики открытия S-белка. Моделирование MD выявило подробную информацию о структурной стабильности и роли гликозилирования как для пониженного, так и для повышенного состояний, а также для взаимодействий между остатками и деталей связывания с ACE220,21,26,27,28,29. Сообщалось о путях открытия, определенных с помощью управляемого MD и целевого MD29,30,31. Кроме того, обширное моделирование с использованием расширенных методов выборки, таких как взвешенный ансамбль32 и адаптивная выборка с флуктуационной амплификацией специфических признаков (FAST) в сочетании с Folding@home33, предоставило подробную информацию о нескольких путях открытия S-белка. Более того, начинают проявляться особенности энергетического ландшафта этих конформационных переходов, которые необходимы для связывания и проникновения вируса27,30,31,34, включая сочетание данных крио-ЭМ с моделированием МД для выявления множества субпопуляций как для вирусов, так и для вирусов. Состояния вниз и вверх35,36.