Čo je príčinou pandémie spoločnosti Omicron?

Pozadie

Objav a vývoj Omicron

26. novembra 2021 WHO klasifikovala nový variant koronavírusového kmeňa B.1.1.529 nájdený v Južnej Afrike ako piaty „variant vyvolávajúci obavy“ (VOC) a pomenovala ho poOmicron. V proteíne Spike tohto mutantného kmeňa sa objavilo neuveriteľných 35 mutácií, najmä 15 mutácií v oblasti RBD, ktorá hrá dôležitú úlohu v procese rozpoznávania vírusov v hostiteľských bunkách, čím vzbudila pozornosť vedcov na celom svete. následneOmicronrýchlo nahradila Deltu ako hlavný kmeň v mnohých krajinách len za 2 mesiace a preukázala silnú schopnosť šíriť sa. Okrem toho štúdie ukázali, že ľudia, ktorí sú prirodzene infikovaní alebo očkovaní, budú stále infikovaníOmicrona titre neutralizačných protilátok proti Omicronu vo vzorkách séra vyššie uvedených populácií významne klesli, čo naznačuje, že mutantný kmeň má silnúimúnnyúniková schopnosť.

Kontakt:joanna.jia@wecistanche.com

Výhody Cistanche deserticola zlepšujú imunitný systém, kliknite sem a získajte vzorku

Thinking

Veľa otázok o Omicron

Aký je molekulárny mechanizmus, ktorým sa infekčnosť aimúnnysú úniky Omicron výrazne lepšie v porovnaní s WT a inými VOC?

Ako vzniká 35 mutácií vOmicronSpike proteín vplyv na vírus?

Ako by mali byť pre Omicron navrhnuté bezpečné a účinné vakcíny a terapeutické lieky?

Tím prof. Wang Xiangxi z Ústavu biofyziky Čínskej akadémie vied publikoval 25. januára úspešný článok s názvom „Štrukturálne a funkčné charakteristiky zmenenej infekčnosti aimúnnyevasion of SARS-CoV-2 Omicron variant" v časopise Cell. Antigén Omicron Spike Trimer a komplexný mechanizmus Spike Trimer a receptor ACE2 sa použili na zodpovedanie vyššie uvedených otázok prostredníctvom štrukturálnej analýzy a biochemických experimentov.

V tejto štúdii spoločnosť ACROBiosystems poskytla dôležité výskumné činidlá a významne prispela k expresii antigénu a biochemickej analýze. V experimente s analýzou štruktúry proteínov Omicron Spike projekt vyvinul a použil trimérový proteín Spike (kat. č. SPN-C52Hz) vyrobený spoločnosťou ACROBiosystems.

01. Zastrihávač Omicron Spike zvyšuje stabilitu

Výskumníci najprv exprimovali Omicron Spike Trimér v stave predfúzie rekombinantnou in vitro a analyzovali štruktúru Spike Triméru pomocou kryo-elektrónovej mikroskopie pri normálnom fyziologickom pH 7,5 a endozómovom pH 5,5 (obrázok 1). Štruktúra ukazuje, že priestorová konformácia proteínu Omicron Spike v dvoch prostrediach pH je takmer rovnaká, s jedným RBD v konformácii „hore“ a dvoma RBD v konformácii „dole“, zatiaľ čo Spike Trimer WT a iných VOC kmeňov je okrem vyššie uvedeného V tomto priestorovom stave sa nachádzajú aj tri RBD v konformácii „dole“.

Porovnaním štruktúr dvoch mutantných Spike proteínov, Omicron a Delta, sa zistilo, že pretože novoobjavené miesto mutácie na Omicron Spike proteíne zvýšilo hydrofilné a hydrofóbne interakcie medzi „hore“ konformáciou RBD a „dole“ konformáciou RBD. , tieto dve RBD tejto konformácie sú bližšie v priestore a majú väčšiu interakčnú oblasť, čo poskytuje vysvetlenie pre existenciu iba jedného stavu priestorovej štruktúry proteínu Omicron Spike. Okrem toho je interakčná oblasť S1 a S2 podjednotiek rôznych monomérov v Omicron Spike Trimér väčšia, vďaka čomu sa celková štruktúra Spike Triméru javí ako „kompaktnejšia“ a stabilita proteínu je zlepšená. Nielen to, výsledky biochemických experimentov tiež ukázali, že tepelná stabilita proteínu Omicron Spike bola vyššia ako u proteínu WT a Delta Spike (obrázok 2).

Zvýšená stabilita Spikeho proteínu zvyšuje účinnosť rozpoznávania receptora ACE2, ale tiež znižuje účinnosť následnej fúzie vírusového obalu s membránou hostiteľskej bunky. Spike proteíny rôznych kmeňov boli ošetrené pridaním trypsínu a ACE2 in vitro a pomer Omicron Spike proteínov prevedený z prefúznej konformácie, ktorá rozpoznáva receptor ACE2 na postfúznu konformáciu, ktorá sprostredkováva membránovú fúziu, bol pozorovaný kontrastným farbením elektrónovej mikroskopie, ktorá bola nižšia ako u proteínov WT a Delta Spike. (obrázok 3).

02. Omikrónová neutralizačná aktivita znížená protilátkami triedy 5

Podľa predchádzajúcich správ z literatúry množstvo komercializovaných neutralizačných protilátok COVID-19 schválených FDA takmer stratilo svoju neutralizačnú aktivitu voči mutantom Omicron, ako sú REGN10933 a REGN10987 od spoločnosti Regeneron; Eli Lilly's LY-CoV555 a LY-CoV016; Aspen Likang AZD1061 a AZD8895. Štrukturálnou analýzou sa zistilo, že nová delécia alebo mutácia aminokyselín v oblastiach NTD a RBD proteínu Omicron Spike viedla k veľkým zmenám v antigénnom epitope, čo malo za následok stratu neutralizačnej aktivity mnohých neutralizačných protilátok proti Omicron, ako napr. S477N a T478K na RBD. , E484K, Q493R, G496S, Q498R, N501Y, Y505H atď.

cistamche v imunite

Predchádzajúce štúdie klasifikovali neutralizačné protilátky do tried I-VI podľa rôznych epitopov viažucich antigén na RBD analýzou štruktúry komplexov SARS-CoV-2 neutralizujúcich protilátok a antigénov RBD, ktoré boli rozlíšené v PDB. V tejto štúdii bolo celkovo testovaných 18 protilátok z týchto 6 tried na ich schopnosť neutralizovať pseudovírusy WT a Omicron. Výsledky ukázali, že hoci neutralizačná aktivita protilátok triedy V bola slabá, mutácia Omicron ju veľmi neovplyvnila, zatiaľ čo zvyšných 5 tried protilátok malo na Omicron malý vplyv. Neutralizačná schopnosťOmicronbola významne nižšia ako u WT, čo tiež vysvetľuje, prečo bola neutralizačná aktivita komerčných neutralizačných protilátok proti Omicron značne znížená (obr. 4).

cistanche a tongkat alivimunita

Výskumníci tiež analyzovali Spike proteínovú sekvenciu koronavírusov, ktoré používajú ACE2 na rozpoznanie a infikovanie hostiteľských buniek a zistili, že 11 konzervovaných aminokyselín sa podieľa na väzbe na ACE2 a tieto aminokyseliny možno rozdeliť do skupín I-IV. Skupina I zahŕňa 6 vysoko konzervovaných aminokyselín G447, Y453, N487, Y489, T500, G502; skupina II obsahuje 5 aminokyselín s podobnými vlastnosťami Y449/F/H, F456/L, Y473/F, F486/L a Y505H, skupina III obsahuje 5 menej konzervovaných aminokyselín G446/S/T, L455/S/Y, A475/P/S, G476/D a G496/S, skupina IV zahŕňa 5 vysoko variabilných aminokyselín K417/V/N/R/T, E484/K/P/Q/V/A, Q493/N/E/ R/Y, Q498/Y/H/R a N501/Y/T/D/S (obrázok 6). Medzi nimi je málo aminokyselín v skupine I-II a špekuluje sa, že tieto dve skupiny aminokyselín môžu hrať dôležitú úlohu pri rozpoznávaní ACE2 a udržiavaní konformačnej stability Spikeho proteínu, zatiaľ čo aminokyseliny v skupine III-IV majú mutácie VOC. Niektoré doteraz publikované neutralizačné protilátky, ako napríklad XGv47, A23-58.1 a S2K146, rozpoznávajú aminokyselinové epitopy skupiny I-II, takže tieto neutralizačné protilátky môžu súťažiť s ACE2 o väzbu na Spike proteín a epitopy viažuce antigén sú vysoko konzervované, očakáva sa, že sa stanú novou generáciou protilátok na liečbu a prevenciu Omicron a potenciálnych nových mutantných kmeňov koronavírusu.

03. Konzervované oblasti možno použiť ako smer vývoja protilátok novej generácie

Výskumníci použili metódu SPR na zistenie afinity proteínu Omicron RBD k ACE2 a zistili, že výsledok bol 2,8-krát vyšší ako v prípade WT RBD. Analýzou trojrozmernej štruktúry Omicron Spike Triméru a ACE2 sa zistilo, že existujú dve RBD v konformácii „up“ na proteíne Omicron Spike, ktorý sa viaže na dva ACE2. Aminokyseliny Omicron tvoria interakciu, ktorá môže zvýšiť afinitu Spika k ACE2, ale prítomnosť mutácií K417N a E484 znižuje väzbu Spika na ACE2, takže celkovo, podobne ako iné mutantné kmene, má Spike proteín Omicron zvýšenú afinitu pre ACE2 (obrázok 5).

Obrázok 5. Štrukturálna analýza komplexu medzi proteínom Omicron Spike a ACE2

Výskumníci tiež analyzovali Spike proteínovú sekvenciu koronavírusov, ktoré používajú ACE2 na rozpoznanie a infikovanie hostiteľských buniek a zistili, že 11 konzervovaných aminokyselín sa podieľa na väzbe na ACE2 a tieto aminokyseliny možno rozdeliť do skupín I-IV. Skupina I zahŕňa 6 vysoko konzervovaných aminokyselín G447, Y453, N487, Y489, T500, G502; skupina II obsahuje 5 aminokyselín s podobnými vlastnosťami Y449/F/H, F456/L, Y473/F, F486/L a Y505H, skupina III obsahuje 5 menej konzervovaných aminokyselín G446/S/T, L455/S/Y, A475/P/S, G476/D a G496/S, skupina IV zahŕňa 5 vysoko variabilných aminokyselín K417/V/N/R/T, E484/K/P/Q/V/A, Q493/N/E/ R/Y, Q498/Y/H/R a N501/Y/T/D/S (obrázok 6). Medzi nimi je málo aminokyselín v skupine I-II a špekuluje sa, že tieto dve skupiny aminokyselín môžu hrať dôležitú úlohu pri rozpoznávaní ACE2 a udržiavaní konformačnej stability Spikeho proteínu, zatiaľ čo aminokyseliny v skupine III-IV majú mutácie VOC. Niektoré doteraz publikované neutralizačné protilátky, ako napríklad XGv47, A23-58.1 a S2K146, rozpoznávajú aminokyselinové epitopy skupiny I-II, takže tieto neutralizačné protilátky môžu súťažiť s ACE2 o väzbu na Spike proteín a epitopy viažuce antigén sú vysoko konzervované, očakáva sa, že sa stanú novou generáciou protilátok na liečbu a prevenciu Omicron a potenciálnych nových mutantných kmeňov koronavírusu.

Záver

V tejto štúdii sa kryo-elektrónová mikroskopia použila na analýzu mechanizmu Omicron Spike Trimer a komplexu medzi Spike Trimer a ACE2 a molekulárny mechanizmus zvýšenej infekčnosti a imunitného úniku Omicron bol vysvetlený prostredníctvom štrukturálnej analýzy a biochemických experimentov. Vyššie uvedené dve skupiny vysoko konzervovaných epitopov viažucich antigén poskytujú teoretický základ pre návrh širokospektrálnych vakcín a neutralizačných liečiv.

Od vypuknutia COVID-19 spoločnosť ACROBiosystems pozorne sleduje vývoj epidémie a aktívne poskytuje vysokokvalitné produkty a služby pre väčšinu vedeckých výskumných skupín a spoločností zaoberajúcich sa výskumom a vývojom vakcín a terapeutických protilátok. Potom, čo sa objavil Omicron, trvalo iba 10 dní, kým úspešne exprimovali a vytvorili sériu antigénov potrebných na relevantný výskum.

V tejto štúdii spoločnosť ACROBiosystems poskytla dôležité výskumné činidlá a významne prispela k expresii antigénu a biochemickej analýze. V experimente analýzy štruktúry proteínu Omicron Spike bol pri vývoji projektu použitý oficiálny Spike trimérový proteín (kat.č. SPN-C52Hz) vyrobený spoločnosťou ACROBiosystems.

cistanche na predajvimunita