Недавнее исследование, опубликованное на биоRxiv* сервер препринтов исследовал разнообразие гликанового щита сарбековирусов, расширяя знания для разработки панкоронавирусных вакцин широкого спектра действия.
Фон
Различные вспышки коронавируса, начиная с эпидемии коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-1) в 2003 году и заканчивая последней пандемией коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2) в 2020 году, подчеркнули важность вакцин в ограничение тяжести этих зоонозных заболеваний. Многие вакцины, разработанные для борьбы с пандемией COVID-19, нацелены на гликопротеин спайка (S) SARS-CoV-2 и основаны на существующих знаниях о структуре белка и методах инженерии белка.
Сарбековирусы относятся к Бетакоронавирус рода и включают SARS-CoV-1 и SARS-CoV-2. Было обнаружено, что многие сарбековирусы с высоким сходством с вирусом SARS-CoV-2 циркулируют в различных популяциях животных, таких как летучие мыши и панголины, и представляют высокий риск зооноза. Понимание сходств и различий гликанового щита различных сарбековирусов поможет в разработке вакцин для борьбы с широким спектром сарбековирусов.
Об исследовании
Белок S, который позволяет вирусу проникать в клетку-хозяин, подвергается различным модификациям внутри клетки-хозяина, таким как протеолитическое расщепление, созревание и N-связанное гликозилирование. Основные компоненты белка S включают N-концевой домен (NTD), рецептор-связывающий домен (RBD) и трансмембранный С-концевой домен, а также слитый пептид и гептадные повторы 1 и 2. Протеолитическое расщепление разделяет Белок S в S1 (NTD и RBD) и S2. Примерно треть массы белка S состоит из N-связанных гликанов, играющих важную роль в правильном фолдинге и стабилизации белка. N-связанные гликаны также играют важную роль в нейтрализации эпитопов антител, а модифицированные N-связанные гликаны, такие как N-связанные гликаны олигоманнозного типа, вносят вклад в плотность гликанового щита.
В этом исследовании исследователи отобрали 78 сарбековирусов, которые имеют сходные последовательности с SARS-CoV-2, и исследовали консервативные и вариабельные сайты N-гликозилирования. Чтобы изучить изменчивость гликанового щита, они выбрали 11 генов шиповидных белков сарбековируса и ввели мутации, аналогичные тем, которые используются в существующих вакцинах против SARS-CoV-2.
Полученные растворимые тримеры S-белков, подобные нативным, очищали и анализировали с помощью жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии. Аликвоты шиповидных гликопротеинов также подвергали воздействию трипсина, химотрипсина и альфа-литической протеазы для исследования состояния процессинга гликанов в каждом сайте. Затем они смоделировали сайты N-связанных гликанов на структурных моделях сарбековирусов, чтобы изучить трехмерную среду этих сайтов.
Полученные результаты
Сравнение сайтов N-связанных гликанов различных сарбековирусов с сайтами SARS-CoV-2 показало, что некоторые сайты гликозилирования были высококонсервативны, а другие сильно вариабельны. Исследователи обнаружили, что все штаммы содержат высококонсервативные области субъединицы S2. Большинство штаммов также содержали консервативные сайты на одном сайте, богатом гликанами олигоманнозного типа, и двух сайтах на RBD SARS-CoV-2.
Расходящиеся сайты были обнаружены на RBD или рядом с ним, а также демонстрировали ограниченный процессинг гликанов. Последующие варианты вируса SAR-CoV-2 показали, что RBD подвергается давлению иммунного отбора, а связывание антител значительно снижается всего за несколько региональных мутаций. Результаты показывают, что гликановые экраны в значительной степени сохраняются и играют роль в поддержании структуры и функции S-белка. Однако определение состояний процессинга гликанов показало, что они сильно различаются, несмотря на то, что многие сайты N-связанного гликозилирования сохраняются у всех сарбековирусов. Исследователи также пришли к выводу, что гликановый щит вокруг RBD всех проанализированных сарбековирусов является редким.
Выводы
В целом, результаты исследования показали, что большинство сайтов N-связанного гликозилирования были законсервированы в нескольких кладах сарбековирусов. Варианты SARS-CoV-2 проявляли изменчивость в N-концевых областях, при этом гамма-вариант, содержащий сайт гликозилирования (N20), не обнаруженный в исходном штамме из Ухани, но обнаруженный в двух других сарбековирусах. Кроме того, область S2 белка содержит много консервативных участков и экспрессирует низкие уровни гликанов олигоманнозного типа. Было обнаружено, что некоторые области, которые проявляют высокую изменчивость в отношении процессинга гликанов, являются высококонсервативными сайтами, что указывает на гетерогенность.
Исследование дает свежий взгляд на потенциально новые области-мишени гликопротеина спайка для разработки вакцин широкого действия против сарбековирусов. Он также выделяет сильно изменчивые области RBD, указывая на потенциальные ловушки при разработке вакцин, нацеленных на эти участки.
Учитывая высокую скорость появления вариантов SAR-CoV-2 в сочетании с открытием различных очень похожих сарбековирусов, циркулирующих в природе и являющихся потенциальными зоонозными патогенами, существует острая необходимость в разработке панкоронавирусной вакцины. Хотя исследователи упомянули, что антитела, генерируемые к этим консервативным сайтам-мишеням, не обладают эффективностью антител, специфичных для RBD, в исследовании подчеркивается важность и потенциал изучения консервативных областей для разработки вакцин.
*Важное замечание
bioRxiv 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.
