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Aug 07, 2023

A epistasia compensatória mantém a afinidade do ACE2 na SARS

Volume de comunicações da natureza

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 7011 (2022) Citar este artigo

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A variante Omicron BA.1 surgiu no final de 2021 e rapidamente se espalhou pelo mundo. Comparado com as variantes anteriores do SARS-CoV-2, o BA.1 tem muitas mutações, algumas das quais são conhecidas por permitir a fuga de anticorpos. Muitas dessas mutações de escape de anticorpos diminuem individualmente a afinidade do domínio de ligação ao receptor de pico (RBD) para ACE2, mas BA.1 ainda se liga a ACE2 com alta afinidade. A adequação e a evolução da linhagem BA.1 são, portanto, impulsionadas pelos efeitos combinados de numerosas mutações. Aqui, mapeamos sistematicamente as interações epistáticas entre as 15 mutações no RBD de BA.1 em relação à cepa Wuhan Hu-1. Especificamente, medimos a afinidade ACE2 de todas as combinações possíveis dessas 15 mutações (215 = 32.768 genótipos), abrangendo todos os intermediários evolutivos possíveis da cepa ancestral Wuhan Hu-1 para BA.1. Descobrimos que mutações de escape imune em BA.1 reduzem individualmente a afinidade de ACE2, mas são compensadas por interações epistáticas com outras mutações de aumento de afinidade, incluindo Q498R e N501Y. Assim, a capacidade de BA.1 de evadir a imunidade enquanto mantém a afinidade de ACE2 depende da aquisição de múltiplas mutações interativas. Nossos resultados implicam a epistasia compensatória como um fator-chave que impulsiona uma mudança evolutiva substancial para SARS-CoV-2 e são consistentes com Omicron BA.1 decorrente de uma infecção crônica.

A variante Omicron BA.1 do SARS-CoV-2 surgiu em novembro de 2021 e se espalhou rapidamente por todo o mundo, impulsionada em parte por sua capacidade de escapar da imunidade existente em indivíduos vacinados e previamente infectados1,2. Surpreendentemente, Omicron não emergiu como um descendente da então difundida linhagem Delta. Em vez disso, apareceu como uma cepa altamente divergente após acumular dezenas de mutações em uma linhagem que não circulava amplamente na época, incluindo 15 mutações no domínio de ligação ao receptor da proteína spike (RBD)1.

Trabalhos recentes mostraram que várias dessas 15 mutações RBD (algumas das quais são vistas em outras variantes) interrompem a ligação de anticorpos monoclonais específicos3,4,5,6,7, contribuindo potencialmente para a fuga imune. No entanto, a maioria dessas mutações também demonstrou reduzir a afinidade de ligação ao ACE2 humano quando surgem nas linhagens Wuhan Hu-1, Delta ou várias outras linhagens SARS-CoV-28,9, potencialmente prejudicando a entrada viral nas células hospedeiras. Em contraste, o Omicron RBD tolera essas mutações de escape, mantendo forte afinidade com ACE210,11, sugerindo que outras mutações nessa linhagem podem ajudar a manter a entrada viral.

Trabalhos anteriores analisaram sistematicamente os efeitos mutacionais na ligação do anticorpo e na afinidade ACE2, por exemplo, usando varredura mutacional profunda (DMS)9,12. No entanto, essas abordagens se concentram nos efeitos de mutações únicas em origens genéticas específicas. Eles são, portanto, úteis para entender os primeiros passos da evolução de variantes existentes, mas não podem explicar como múltiplas mutações interagem em trajetórias evolutivas mais longas. Assim, ainda não está claro como as combinações de mutações, como as observadas em Omicron, interagem para evadir a imunidade e reter forte afinidade com o ACE2. Para resolver esta questão, usamos uma abordagem de montagem combinatória para construir uma biblioteca de plasmídeo contendo todas as combinações possíveis das 15 mutações no Omicron BA.1 RBD (um total de 215 = 32.768 variantes). Esta biblioteca, que representa a maior biblioteca combinatória completa de uma proteína viral até o momento, inclui todos os intermediários evolutivos possíveis entre o Wuhan Hu-1 e o Omicron BA.1 RBD. Transformamos esta biblioteca de plasmídeo em uma cepa de exibição de levedura padrão, criando uma biblioteca de levedura na qual cada célula exibe uma única variante monomérica de RBD correspondente ao plasmídeo naquela célula. Em seguida, usamos Tite-Seq, uma citometria de fluxo de alto rendimento e método baseado em sequenciamento13,14 (consulte "Métodos"; Fig. 1A suplementar), para medir as afinidades de ligação, KD,app, de todas as 32.768 variantes de RBD para ACE2 humano em paralelo.