ОРВИ

Sep 02, 2023

Nature, том 592, страницы 122–127 (2021 г.) Процитировать эту статью

50 тысяч доступов

282 Цитаты

814 Альтметрика

Подробности о метриках

В ходе эволюции SARS-CoV-2 у людей возникла замена D614G в спайковом гликопротеине (S); вирус, содержащий эту замену, стал преобладающим циркулирующим вариантом при пандемии COVID-191. Однако остается неизвестным, отражает ли растущая распространенность этого варианта преимущество приспособленности, которое улучшает репликацию и/или передачу у людей, или это просто эффект основателя. Здесь мы используем изогенные варианты SARS-CoV-2, чтобы продемонстрировать, что вариант, содержащий S(D614G), обладает повышенным связыванием с ангиотензинпревращающим ферментом 2 (ACE2) рецептора клеточной поверхности человека, повышенной репликацией в первичном эпителии бронхов и носовых дыхательных путей человека. культурах, а также на мышиной модели с нокаутом ACE2 у человека, а также заметно увеличили репликацию и трансмиссивность на моделях хомяков и хорьков инфекции SARS-CoV-2. Наши данные показывают, что замена D614G в S приводит к небольшому увеличению связывания и репликации in vitro и обеспечивает реальное конкурентное преимущество in vivo, особенно во время узких мест при передаче. Таким образом, наши данные объясняют глобальное преобладание варианта, содержащего S(D614G), среди вирусов SARS-CoV-2, циркулирующих в настоящее время.

В конце 2019 года SARS-CoV-2 был обнаружен в Ухане (провинция Хубэй, Китай)2,3 и быстро привел к пандемии COVID-19; к декабрю 2020 года было подтверждено 70 миллионов случаев и 1,5 миллиона смертей, связанных с этим заболеванием4. SARS-CoV-2 вызывает опасную для жизни пневмонию у уязвимых групп людей5. Проникновение SARS-CoV-2 в клетки зависит от взаимодействия S и ACE23,6. S представляет собой гомотримерный слитый белок класса I, который состоит из двух субъединиц (S1 и S2), разделенных сайтом протеазного расщепления. S1 образует шаровидную головку и необходим для связывания рецептора, а S2 опосредует слияние вирусной оболочки с мембранами клетки-хозяина. Во время проникновения рецептор-связывающий домен внутри субъединицы S1 связывается с ACE2, что вызывает конформационные изменения в субъединице S2 и облегчает интернализацию вируса7,8. S(D614G) представляет собой вариант S, который содержит замену за пределами рецептор-связывающего домена, которая, как полагают, вызывает конформационные изменения в белке, что улучшает связывание ACE2 и увеличивает вероятность заражения1,9.

По мере развития пандемии вариант SARS-CoV-2, содержащий S(D614G) (далее SARS-CoV-2G614)) быстро вытеснил родительский вариант (с D в аминокислотном положении 614 S; далее SARS-CoV-2G614). CoV-2D614) по частоте станет глобальным доминированием. Такой сдвиг частоты генотипов может быть вызван эффектом основателя после внедрения в сильно взаимосвязанную популяцию; альтернативно, SARS-CoV-2G614 может иметь преимущество в пригодности перед SARS-CoV-2D614. Некоторые исследования показали, что замена D614G в S может дать вирусу преимущество в приспособленности за счет улучшения проникновения в клетки8,9. Чтобы выяснить роль замены D614G в S в распространении и преобладании SARS-CoV-2G614 во время пандемии COVID-19, мы охарактеризовали связывание S с человеческим ACE2 (hACE2) и кинетику репликации in vitro, а также оценили динамику заражения и передачи в vivo с использованием трех моделей животных. Наши данные показывают, что замена D614G в S обеспечивает усиление связывания с рецептором hACE2 и усиление репликации в первичных культурах эпителия дыхательных путей человека. Более того, сравнение рекомбинантных изогенных вариантов SARS-CoV-2 демонстрирует, что замена D614G в S обеспечивает конкурентное преимущество в мышиной модели с нокаутом hACE2 и заметно увеличивает репликацию и передачу в моделях сирийских хомяков и хорьков инфекции SARS-CoV-2. .

Чтобы измерить эффекты замены D614G в S, мы сначала количественно оценили связывание мономеров домена S1 с hACE2 с помощью интерферометрии биослоя. И S1, и S1(D614G) эффективно связываются с hACE2; однако S1 (D614G) показал сродство примерно в два раза выше, чем у S1 (рис. 1a, дополнительная таблица 2). Аналогичным образом, S (D614G) имел более высокое сродство к hACE2, чем у S, когда использовались полноразмерные мономерные формы (расширенные данные, рис. 1a, дополнительная таблица 2). Замена D614G в S также приводила к усилению связывания S1 с hACE2, экзогенно экспрессируемым в клетках почек детенышей хомячка (далее — клетки BHK-hACE2) (рис. 1b, расширенные данные, рис. 1b). Связывание меченных полигистидином S1 или S1 (D614G) с клетками BHK-hACE2 показало, что с клетками BHK-hACE2 связывается больше S1 (D614G), чем с S1, по данным проточной цитометрии (рис. 1b, расширенные данные, рис. 1b). При использовании гомодимерных рекомбинантных конструкций, содержащих S1, прикрепленный к C-концу IgG, мы наблюдали более заметный эффект в увеличении связывания белка S1(D614G) с клеткой BHK-hACE2 (рис. 1b, расширенные данные, рис. 1b).