Ultimate magazine theme for WordPress.

يتسبب ارتباط الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 في حدوث تفكك لمرض السارس- CoV-2 ، ويمكن استخدامه لمنع المزيد من العدوى

5

ads

دراسة حديثة نشرت على خادم ما قبل الطباعة bioRxiv * في أكتوبر 2020 ، أظهر أن فيروس كورونا 2 (SARS-CoV-2) الذي يرتبط بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة بمستقبلات المضيف البشري يمكن أن يتسبب في تفكك بروتين سبايك الثلاثي النموذجي ، وتشكيل مونومر مستقر بدلاً من المستقبل. يمكن أن يشير هذا إلى إمكانية استخدام الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 القابل للذوبان (ACE2) لعلاج العدوى.

باستخدام المجهر الإلكتروني المبرد (Cryo-EM) ، من الممكن دراسة بنية الجزيئات البيولوجية الكبيرة ، على وجه الخصوص ، البروتينات عالية الوزن الجزيئي دون الحاجة إلى بلورتها أولاً.

SARS-CoV هو فيروس كورونا وبالتالي يحتوي على غلاف دهني مرصع بالعديد من البروتينات السكرية المرتفعة. كل من هذه لها وحدتان فرعيتان ، S1 و S2. عادة ما يشكل بروتين السنبلة تجمعات ثلاثية ويتوسط الارتباط الفيروسي بمستقبل المضيف البشري ، الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 (ACE2) ، متبوعًا بدخول الفيروس إلى الخلية.

تم إجراء تحليل الجسيم الفردي لـ SARS-CoV-2 ، باستخدام cryo-EM. يُظهر هذا بنية على شكل عيش الغراب ، مع جسر اندماج فيروسي بين الفيروس والخلية المضيفة يتشكل بواسطة البروتين الشائك الفيروسي والمجال الخارجي لبروتين مستقبل ACE2 ، وهو الجزء الذي يخرج من غشاء الخلية المضيفة.

يعرض ACE2 هدف الدواء

كشفت دراسات سابقة أن مجالات ربط مستقبلات سبايك (RBDs) لكل من SARS-CoV و SARS-CoV-2 لها أوجه تشابه مماثلة للالتزام بالنطاق الخارجي لـ ACE2 عند مستويات نانومولار منخفضة. ومع ذلك ، بالمقارنة مع الفيروسات التاجية السابقة ، يُظهر SARS-CoV-2 التصاقًا أكبر للخلايا المضيفة ويحقق دخولًا فيروسيًا أكثر كفاءة.

درس الباحثون بنية النوع البري المعطل لفيروسات SARS-CoV-2 بواسطة التصوير المقطعي بالإلكترون. أظهر هذا أنه بمجرد اندماج الوحدة الفرعية السنبلة الفيروسية S2 مع غشاء الخلية المضيفة ، تنتشر قواطع ما بعد الاندماج S2 على سطح الفيريون.

Spike-ACE2 ملزم يسبب إعادة الترتيب

تم التعبير عن المجال الخارجي لبروتين السنبلة في شكل تمهيدية في ثقافة الخلية وأظهر الشكل النموذجي الثلاثي ، مع المجهر الإلكتروني للإرسال (TEM) الذي يظهر جزيئات على شكل عيش الغراب كما هو متوقع. تم التعبير عن المجال الخارجي لـ ACE2 البشري أيضًا في خط خلوي آخر واحتضانه ببروتين السنبلة.

لقد أجروا TEM على عينات من خليط سبايك- ACE2 ووجدوا أن الجسيمات كانت ذات شكل مختلف تمامًا عن أدوات التشذيب الكلاسيكية. كانت الجسيمات في الغالب أصغر من أدوات التشذيب غير المعقدة ، مع عدم تناسق كبير.

النماذج المقترحة للتشكيل المعقد Spike-hACE2 وإعادة الترتيب الهيكلي.  يُظهر الصف العلوي مسارًا محتملاً يؤدي إلى تغيير توافقي لمرض SARS-CoV2 Spike.  في هذا النموذج ، يرتبط جزيء hACE2 واحد بمونومر Spike S1 ويؤدي إلى تغييرات توافقية في Spike ثلاثية الأبعاد.  بعد ذلك ، يتم تشكيل قاطع ما بعد الاندماج S2.  يُظهر الصف السفلي مسارًا جديدًا مقترحًا يؤدي إلى تفكيك Spike trimer بواسطة hACE2.  في وجود تركيز عالٍ من جزيئات hACE2 ، يتم تكوين مركب Spike-hACE2 (3: 3).  تؤدي الاشتباكات الهيكلية بين عناصر Spike-hACE2 الثلاثة إلى تفككهم.  يؤدي هذا إلى تكوين مجمعات أحادية Spike-hACE2.

النماذج المقترحة للتشكيل المعقد Spike-hACE2 وإعادة الترتيب الهيكلي. يُظهر الصف العلوي مسارًا محتملاً يؤدي إلى تغيير توافقي لمرض SARS-CoV2 Spike. في هذا النموذج ، يرتبط جزيء hACE2 واحد بمونومر Spike S1 ويؤدي إلى تغييرات توافقية في Spike الثلاثية. بعد ذلك ، يتم تشكيل قاطع ما بعد الاندماج S2. يُظهر الصف السفلي مسارًا جديدًا مقترحًا يؤدي إلى تفكيك Spike trimer بواسطة hACE2. في ظل وجود تركيز عالٍ من جزيئات hACE2 ، يتم تكوين مركب Spike-hACE2 (3: 3). تؤدي الاشتباكات الهيكلية بين عناصر Spike-hACE2 الثلاثة إلى تفككهم. يؤدي هذا إلى تكوين مجمعات أحادية Spike-hACE2.

خلص الباحثون إلى أن أدوات تقليم السنبلة انفصلت بعد احتضانها بجزيئات hACE2 لفترة طويلة من الزمن. هذا يتفق مع النتائج الأخيرة من دراسات أخرى.

أدى الاختلاف في حجم الجسيمات إلى تنقية المعقد أكثر ، باستخدام كروماتوغرافيا استبعاد الحجم (SEC). وجدوا ثلاثة أحجام مختلفة من الجسيمات في هذا الخليط. احتوت الذروة الأولى على ارتفاع مجمع و hACE2 ، بينما احتوت القمة 3 على المزيد من hACE2. كانت Peak 2 متجانسة وتحتوي على سبايك hACE2 المعقد.

تم فحص ذلك أيضًا بواسطة cryoEM ، والتي أظهرت وجود بروتين سبايك أحادي المرتبط بـ hACE2. هذا يدل على أن الارتباط بـ hACE2 يتسبب في فصل homotrimer سبايك. خضع المجال الطرفي C (CTD) والمجال الطرفي N (NTD) للبروتين S1 إلى إعادة ترتيب كبيرة لهياكلهما مقارنةً بمونومر الارتفاع في التشكل “الأعلى” للارتفاع.

هذا يتفق مع الهياكل المبلغ عنها سابقًا لمجمع RBD-ACE2.

مع فترة حضانة أقصر ، وجد الباحثون أن هناك مجموعة صغيرة من الجسيمات التي تتوافق مع أداة تقليم السنبلة. تبين أن المركب يتكون من مزيج من السنبلة و hACE2 بنسبة مولارية 3: 3 ، مع وجود جميع RBDs في شكل “ لأعلى ” وميل إلى حد ما من المحور المركزي لأداة القطع ، كما لوحظ سابقًا من قبل باحثون آخرون.

مقارنة هيكلية لمجمعات سبايك- hACE2

قصص ذات الصلة

تُظهر إعادة الترتيب الهيكلي لكل من النماذج الأحادية والثالثة لمجمع سبايك-hACE2 أن كلا من CTD و NTD يتم تحويلهما من خلال ~ 30ال –من أجل السماح لمونومر البروتين S1 بربط hACE2. في هذه المرحلة ، تتفق hACE2 و RBD مع الهياكل البلورية التي تم الإبلاغ عنها مسبقًا. هناك العديد من مواقع العوائق الفاصلة في CTD لـ S1 والمنطقة المجاورة لوحدة S2 في النموذج الراسي لنموذج S1-hACE2 ثلاثي الأبعاد.

في حين أن النسبة الدقيقة التي يرتبط بها السنبلة بـ hACE2 للدخول الفيروسي إلى الخلية المضيفة ليست واضحة بعد ، يبدو أن ربط hACE2 واحد بواسطة أداة قص سبايك واحد يبدأ ربط وتهيئة الاندماج الفيروسي مع الخلية المضيفة قبل النشط عدوى. تم أيضًا تحليل بنية أداة التشذيب بعد الاندماج S2 مؤخرًا ، ولكن لا يزال الارتباك يحيط بالعملية التي يتم من خلالها تحقيق اندماج الغشاء بعد إطلاق مجمع S1-hACE2.

تُظهر الدراسة الحالية أنه يمكن تكوين معقد مستقر من أحادي S1 مع hACE2 ، بينما لم يُظهر cryo-EM أي دليل على شظايا S1 المعزولة بخلاف مجمعات Spike-hACE2 المتكافئة المذكورة أعلاه. قد يشير هذا إلى استقرار مجمع S1-hACE2 في الظروف التجريبية.

لم تحتوي أي من المجمعات الأحادية spike-hACE2 على وحدات فرعية S2 ، على الرغم من اكتشافها في العينة. من المفترض أن تكون الواجهة S1-S2 عبر مجال حلقة واجهة قصيرة يؤوي موقع انقسام بروتيني فوريين. يمكن أن يؤدي عدم وجود أدوات تقليم مستقرة إلى زيادة مرونة هذه الحلقة وبالتالي جعل S2 غير مرئي لـ cryo-EM. وإلا ، قد تكون الوحدات الفرعية S2 قد خضعت لتمسخ أثناء تحضير العينة.

آثار

تُظهر الدراسة الحالية بنية مركب البروتين سبايك- ACE2. وجد أن هذا مركب يحتوي على مونومر سبايك S1 و ACE2 ، نتيجة لإعادة ترتيب كبيرة في بنية البروتين المعزول. وبالتالي ، يقول الباحثون ، يؤدي الارتباط بـ ACE2 إلى تغيير بروتين السنبلة في شكله وبالتالي الخضوع لتفكيك ثلاثي.

هذا يدل على أن الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 ليس فقط هدفًا دوائيًا للوقاية منه ولكن أيضًا لعلاج العدوى بفيروس SARS-CoV-2. إذا تم تطوير مثل هذه العوامل ، فيمكنها منع بروتين السنبلة من التفاعل مع جزيئات ACE2 الأخرى على الخلايا البشرية الأخرى ، وبالتالي تمديد العدوى.

يمكن أن تساعد نتائج الدراسة الحالية في فهم كيفية تفكيك جزء S1 من المعقد التالي للدخول الفيروسي ، والذي يمكن أن يساعد بدوره في الكشف بشكل أفضل عن التسبب وآلية الإصابة بفيروس SARS-CoV-2.

في الآونة الأخيرة ، أظهر بعض الباحثين أن عدوى SARS-CoV-2 يمكن تثبيطها عن طريق مستقبلات hACE2 القابلة للذوبان في المؤتلف ، ربما عن طريق المنافسة المباشرة على ACE2 المضيف لبروتين سبايك الفيروسي. إذا كان مشبعًا بما فيه الكفاية بـ ACE2 القابل للذوبان ، فقد لا يتمكن بروتين السنبلة من الارتباط بالخلية المضيفة ، كما يقولون.

يصبح من الصعب فهم هذا التفسير في ضوء النتائج الحالية التي تفيد بأن hACE2 القابل للذوبان يتسبب في الواقع في تفكيك هيكل السنبلة المثلثية وتشكيل مجمع سبايك أحادي ثابت. يُقترح أن يتم ذلك عبر الخطوات التالية:

  • تشكيل مجمع سبايك- hACE2 3: 3
  • يصبح أداة تقليم السنبلة مرنة للغاية
  • يخضع CTD و NTD لبروتين السنبلة لإعادة ترتيب توافقي أثناء ربط السنبلة بـ hACE2
  • لا يمكن أن يظل مجمع S1-hACE2 الجديد في شكل ثلاثي الأبعاد بسبب العديد من العوائق الفراغية ويشكل مجمعًا أحاديًا بدلاً من التفكك.

تكتسب هذه الفرضية بعض الدعم في طبعة أولية حديثة أخرى تناقش تكوين مجمع أحادي استجابة لجزيئات DARPin المهندسة.

إذا تم تأكيد ذلك ، فإن هذا يوضح أن hACE2 القابل للذوبان قد يمنع العدوى وتكرار الفيروس بالإضافة إلى زعزعة استقرار مجمعات سبايك-هيس 2 ، وبالتالي إعاقة عملية الاندماج الفيروسي اللاحقة المطلوبة للعدوى.

يقول الباحثون ، “تقترح هذه الآلية استراتيجية علاجية جديدة لعلاج COVID-19 ، عن طريق إضافة hACE2 القابل للذوبان لفصل أداة قص سبايك للفيروسات التي تقترب. “

*ملاحظة هامة

bioRxiv تنشر تقارير علمية أولية لم تتم مراجعتها من قبل الأقران ، وبالتالي لا ينبغي اعتبارها قاطعة ، أو توجه الممارسة السريرية / السلوك المتعلق بالصحة ، أو تعامل على أنها معلومات ثابتة.

المصدر: | أخبار طبية

ads

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.