در مطالعه اخیر منتشر شده در PNASمحققان اساس ساختاری را نشان دادند که چگونه جهش‌های Omicron تودرتوی دامنه اتصال گیرنده (RBD) با آنزیم مبدل آنژیوتانسین موش 2 (ACE2) به جای ACE2 انسانی سازگار شده است.
زمینه
گمانه‌زنی‌ها در مورد منبع سندرم حاد تنفسی ویروس کرونا 2 (SARS-CoV-2) نوع نگرانی Omicron (VOC) فراوان است، اما شواهد تجربی برای همین موضوع کمیاب بوده است. ظهور ناگهانی و گسترش سریع آن سؤالاتی را در مورد مخزن حیوانات آن ایجاد کرده است.
چند باقی مانده اسید آمینه، نمونه اولیه RBD را از RBD کروناویروس های خفاش متمایز می کند. Omicron BA.2 RBD با نمونه اولیه RBD با 16 باقیمانده متفاوت است، که هفت مورد در داخل موتیف اتصال گیرنده (RBM) به طور مستقیم با ACE2 تماس دارند.
در مورد مطالعه
در مطالعه حاضر، محققان آثار تکاملی جهش Omicron RBM را بازیابی کردند. آنها شناسایی ACE2 از RBD Omicron را با تمرکز بر جهش‌های Q493R، Q498R، N501Y و Y505H بررسی کردند که دو نقطه داغ جهش، هات اسپات-31 یا هات اسپات-353 را احاطه کردند.
محققان برای سنتز ژن کد کننده نمونه اولیه SARS-CoV-2 S، hACE2 و mACE2، جهش زایی سایت-directed را به کار بردند. در مرحله بعد، آنها از روش رزونانس پلاسمون سطحی (SPR) برای اندازه گیری برهمکنش های اتصال بین RBDs و مولکول های ACE2 استفاده کردند. برای تایید داده‌های SPR، تیم آزمایش ورود شبه ویروس Omicron را نیز انجام داد. آنها شبه ویروس های Omicron را با چهار جهش معکوس (Q493R، Q498R، N501Y و Y505H) قبل از آلوده کردن سلول های بیان کننده mACE2 بسته بندی کردند.
در نهایت، تیم ساختار کریستالی Omicron RBD کمپلکس شده با ACE2 موش را در 2.84 Å تعیین کرد.
یافته های مطالعه
اگرچه نمونه اولیه SARS-CoV-2 موش ها را به طور موثر آلوده نکرد، سایر VOC های SARS-CoV-2 قبلی از انسان و سایر گونه های حیوانی جهش N501Y را برای تسهیل استفاده از گیرنده mACE2 توسط SARS-CoV-2 ایجاد کرده بودند. همچنین، تنها موش‌ها دارای آسپاراژین (Asn31) و هیستیدین (His353) در توالی ACE2 خود هستند که نشان می‌دهد Omicron در موش‌ها تکامل یافته است.
سنجش SPR نشان داد که نمونه اولیه RBD به mACE2 متصل نمی‌شود، در حالی که Omicron RBD mACE2 را با میل ترکیبی خوب متصل می‌کند. با معرفی جهش های معکوس R493Q، R498Q، Y501N و H505Y به RBD Omicron، اتصال mACE2 را اندکی کاهش داد. علاوه بر این، این مطالعه جهش‌های Q493R، Q498R و Y505H RBM را شناسایی کرد که به طور خاص ساختاری با mACE2 سازگار شده بودند، که نشان می‌دهد این جهش‌ها آثار تکاملی به جا مانده از Omicron هستند.
این همان چیزی است که احتمالاً در طول تکامل SARS-CoV-2 رخ داده است: یک نوع SARS-CoV-2 حاوی جهش N501Y از انسان یا گونه‌های حیوانی دیگر به موش منتقل شده است. بعداً، با گسترش این نوع در موش‌ها، جهش‌های RBM مخصوص موش (مانند Q493R، Q498R و Y505N) تکامل یافتند و به ظهور Omicron VOC کمک کردند. توالی های ACE2 برخی از گونه های موش نیز حاوی Asn31 یا His353 هستند. علاوه بر انسان، Omicron ممکن است به گونه‌های دیگری نیز منتقل شده باشد که ACE2 حاوی موتیف‌های پیوند ویروس (VBM) سازگار با Omicron RBD است.
مجموعه Omicron RBD کایمریک و mACE2 کایمریک برهمکنش های گسترده بین نقوش اتصال ویروس Omicron RBM و mACE2 (VBMs) را نشان داد. Hotspot-31 هسته رابط RBM/VBMs را تثبیت می کند، جایی که باقیمانده های لیزین 31 و اسید گلوتامیک 35 VBM یک پیوند هیدروژنی با گلوتامین 493 تشکیل می دهند. در mACE2، باقیمانده 31 یک آسپاراژین است که جایگزین Lys31 در hACE2 می شود. بنابراین، در رابط بین Omicron RBM و VBM های موش، Arg493 در RBM دو پیوند هیدروژنی دو شاخه با Asn31 VBM تشکیل می دهد، که رابط RBM/VBMs را تثبیت می کند و میل Omicron RBD را برای mACE2 افزایش می دهد. به طور کلی، جهش Omicron Q493R در اطراف hotspot-31 از نظر ساختاری با Asn31 در mACE2 سازگار شده است.
نتیجه گیری
داده‌های مطالعه کنونی نشان داد که Omicron RBD به خوبی با ACE2 موش قبل از اینکه شروع به آلوده کردن انسان کند، سازگار بود. محققان از شواهد بیوشیمیایی و ساختاری استفاده کردند تا نشان دهند که موش‌ها تکامل Omicron VOC را تسهیل کردند و بینش‌های بسیار مورد نیاز را در مورد منشاء تکاملی SARS-CoV-2 ارائه کردند. این یافته‌ها همچنین نظارت اپیدمیولوژیک SARS-CoV-2 را در حیوانات، مانند موش و موش، برای روشن کردن مسیر تکامل SARS-CoV-2 و جلوگیری از همه‌گیری ویروس کرونا در آینده تسهیل می‌کند.