Наглядно показан механизм проникновения SARS-CoV-2 в клетки человека
Биология SARS-CoV-2, вируса, вызвавшего пандемию COVID-19, остается частично неуловимой. Понимание вирусных механизмов является ключевым фактором в разработке эффективных стратегий лечения вспышки. Кисианг Лим и Ричард Вонг из Университета Канадзавы с коллегами показали, как вирус способен проникать в человеческие клетки в режиме реального времени.
SARS-CoV-2 обволакивается спайковыми белками, которые образуют на его поверхности слой, похожий на корону. Иммунная система обнаруживает эти белки и готовится нейтрализовать вирус. Спайковые белки также играют роль посредника при проникновении SARS-CoV-2 в клетки.
На сегодняшний день ученые смогли сделать снимки белков-шипиков с высоким разрешением, хотя и в неподвижном состоянии. Важно отметить, что команда Ричарда Вонга и Университет Канадзавы использовали передовую форму микроскопии, чтобы зафиксировать динамические изменения белков-шипиков при связывании с клетками.
Белки-шипы состоят из двух основных компонентов - глобулярной головки (которая имеет домен распознавания хозяина), прикрепленной к ножке (которая способна соединяться с клетками и облегчать проникновение). Исследователи использовали высокоскоростную атомно-силовую микроскопию (HS-AFM), чтобы глубже понять эту структуру, используя лишь отдельные молекулы белков-шипиков.
"Ранее мы показали, что в режиме реального времени можно наблюдать структурную динамику гемагглютинина гриппа А во время проникновения вируса", - отметил ведущий автор исследования доктор Кисианг Лим.
В недавно опубликованном исследовании они обнаружили, что ножка проявляет очень гибкую природу со способностью удлиняться или втягиваться, в то время как головка может менять конформацию, что приводит к исчезновению домена распознавания хозяина. Белки-шипы обычно прикрепляются к клеткам, на поверхности которых находится молекула под названием ACE2.
Ангиотензин-превращающий фермент 2, или АСЕ2, - это белок, обнаруженный на мембране клеток, расположенных в верхних дыхательных путях, кишечнике, почках, сердце и других органах. Физиологическая роль ACE2 заключается в метаболизме гормонов и стимулировании их функции. Взаимодействие белков-шипов с ACE2 было визуализировано с помощью HS-AFM. Они обнаружили, что белки-шипы прикрепляются к ACE2 с открытым доменом распознавания хозяина. Более того, их эластичная природа обеспечивала гораздо более плавное взаимодействие.
Малые внеклеточные везикулы (sEV) - это мешочки, выделяемые клетками, которые состоят из тех же химических компонентов, что и клеточная мембрана. Далее была изучена динамика белков спайков на СЭВ. Поскольку ножка белка шипа облегчает связывание и слияние с мембранами, сначала анализировалось взаимодействие только ножки с СЭВ.
Действительно, наблюдалось разрушение мембран sEV, что указывало на то, что ножка легко сливается с клеточной мембраной. Однако, когда оценивалась динамика всего белка шипа, стабильное связывание наблюдалось только с sEV, высвобожденными из ACE2-содержащих клеток. Таким образом, ACE2 оказался ключевым фактором, опосредующим проникновение вируса.
"В целом, наше исследование предоставляет платформу, которая подходит для визуализации в реальном времени различных ингибиторов проникновения, нейтрализующих антител и приманки на основе sEV в блокировании проникновения вируса", - объясняет доктор Ричард Вонг, старший автор исследования. Блокирование связей между белками spike и ACE2 или ингибирование разрушения мембраны, вызванного стеблем белка spike, могут стать потенциальными стратегиями, предотвращающими захват организма SARS-CoV-2"
