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Jan 02, 2024

SARS

Volume de Biologia da Comunicação

Biologia das Comunicações volume 5, Número do artigo: 1170 (2022) Cite este artigo

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A glicoproteína de pico trimérico (S), que se projeta do envelope viral do SARS-CoV-2, liga-se à ACE2 humana, iniciada por pelo menos um domínio de ligação ao receptor (RBD) de um protômero mudando de "para baixo" (fechado) para "para cima " (aberto) estado. Aqui, usamos simulações de dinâmica molecular em grande escala e cálculos de amostragem guarda-chuva de troca de réplicas bidimensionais com mais de mil janelas e um total agregado de 160 μs de simulação para investigar essa transição com e sem glicanos. Descobrimos que o pico glicosilado tem uma barreira maior à abertura e também favorece energeticamente o estado para baixo em relação ao estado para cima. A análise da via de abertura da proteína S revela que os glicanos em N165 e N122 interferem nas ligações de hidrogênio entre o RBD e o domínio N-terminal no estado up, enquanto os glicanos em N165 e N343 podem estabilizar os estados down e up. Finalmente, estimamos como a exposição ao epítopo para vários anticorpos conhecidos muda ao longo do caminho de abertura. Descobrimos que o epítopo do anticorpo BD-368-2 é continuamente exposto, explicando sua alta eficácia.

A pandemia de COVID-19 causada pelo coronavírus SARS-CoV-2 se espalhou rapidamente pelo mundo, com um impacto prejudicial sem precedentes na saúde e nas economias globais1. O rápido desenvolvimento de várias vacinas2, tratamentos com anticorpos monoclonais3 e terapêutica4 mitigou o atual surto viral. No entanto, a ameaça contínua de variantes, incluindo as agora dominantes sublinhagens Omicron5, e a possibilidade de futuros surtos de coronavírus6 exigem uma compreensão completa do ciclo de vida viral, incluindo reconhecimento, ligação, infecção e resposta imune.

A infecção por SARS-CoV-2 é iniciada pelo reconhecimento e ligação ao receptor da enzima conversora de angiotensina 2 (ACE2) da célula hospedeira7,8. Esse processo é mediado pela proteína SARS-CoV-2 spike (S), uma glicoproteína de fusão homotrimérica de classe I que se projeta da superfície do virion SARS-CoV-2. A liberação da sequência da proteína S no início de 2020, combinada com o trabalho estrutural anterior em betacoronavírus relacionados, levou à rápida determinação de estruturas de construtos de ectodomínio de proteína S solubilizados e estabilizados por pré-fusão9,10,11, bem como picos de comprimento total12 e vírions intactos13. Cada protômero consiste nas subunidades S1 e S2 separadas por um local de clivagem de furina multibásica. S1 contém o domínio de ligação ao receptor (RBD) e medeia o reconhecimento da célula hospedeira, enquanto S2 consiste na maquinaria de fusão da membrana necessária para a entrada viral7. A proteína S é um alvo antigênico importante com múltiplos epítopos que são alvo do sistema imunológico humano, incluindo o RBD e o domínio N-terminal (NTD)14,15,16,17. O RBD recombinante também é sugerido como um potencial inibidor de entrada contra o SARS-CoV-218. Além disso, a glicosilação da proteína S ajuda a mascarar e proteger o vírus da resposta do sistema imunológico do hospedeiro19,20,21. A proteína S é caracterizada por estados conformacionais descendentes e ascendentes, que se interconvertem transitoriamente por meio de um movimento semelhante a uma dobradiça, expondo o motivo de ligação ao receptor (RBM), que é composto pelos resíduos RBD S438 a Q50622. O RBM está enterrado na interface interprotômero da proteína down S; portanto, a ligação ao ACE2 depende da interconversão estocástica entre os estados inativo e ativo.

Os estudos de microscopia crioeletrônica (crio-EM) revelaram informações estruturais detalhadas para os estados conformacionais ascendente e descendente23. No entanto, relativamente poucos estudos exploraram a dinâmica desses estados up/down e a interconversão entre eles. Por exemplo, o FRET de molécula única foi usado para demonstrar a natureza estocástica das transições da proteína S24, com escalas de tempo relatadas na ordem de milissegundos a segundos. É digno de nota que estudos posteriores de FRET de molécula única encontraram cinética de transição down-up alterada para proteínas spike25 mutantes. As simulações de dinâmica molecular (MD) complementam esses estudos experimentais, fornecendo descrições em nível atômico de estados intermediários entre baixo e alto que são necessários para caracterizar a dinâmica de abertura da proteína S. As simulações de MD revelaram informações detalhadas sobre a estabilidade estrutural e o papel da glicosilação para os estados down e up, bem como para interações entre resíduos e detalhes de ligação a ACE220,21,26,27,28,29. Vias de abertura determinadas usando MD direcionado e MD direcionado foram relatadas29,30,31. Além disso, simulações extensas usando técnicas de amostragem aprimoradas, como ensemble32 ponderado e amplificação de flutuação de amostragem adaptativa de traços específicos (FAST) combinada com Folding@home33 forneceram detalhes de vários caminhos para a abertura da proteína S. Além disso, as características da paisagem energética dessas transições conformacionais que são necessárias para a ligação e entrada viral estão começando a surgir27,30,31,34, incluindo a combinação de dados de cryo-EM com simulações de MD para revelar múltiplas subpopulações tanto para o estados down e up35,36.