Qual é a causa da pandemia de Omicron?

Fundo

Descoberta e desenvolvimento de Omicron

Em 26 de novembro de 2021, a OMS classificou a nova variante coronavírus B.1.1.529 encontrada na África do Sul como a quinta "variante de preocupação" (VOC) e a nomeou em homenagem ao depoisÔmicron. Uma surpreendente 35 mutações apareceu na proteína Spike desta cepa mutante, especialmente 15 mutações na região de RBD, que desempenha um papel importante no processo de reconhecimento de vírus das células hospedeiras, despertando a atenção de cientistas em todo o mundo. SubsequentementeÔmicronrapidamente substituiu a Delta como a principal tensão em muitos países em apenas 2 meses, mostrando uma forte capacidade de se espalhar. Além disso, estudos mostraram que pessoas que são naturalmente infectadas ou vacinadas ainda serão infectadas comÔmicron, e os títulos de anticorpos neutralizantes a Omicron em amostras de soro das populações acima mencionadas diminuíram significativamente, indicando que a cepa mutante tem uma forteimunehabilidade de evasão.

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Muitas perguntas sobre Omicron

Qual é o mecanismo molecular pelo qual a infectividade eimuneA evasão do Omicron é significativamente melhorada em comparação com o WT e outros VOCs?

Como as 35 mutações noÔmicronA proteína do pico afeta o vírus?

Como vacinas seguras e eficazes e drogas terapêuticas devem ser projetadas para omicron?

Em 25 de janeiro, a equipe do Prof. Wang Xiangxi do Instituto de Biofísica da Academia Chinesa de Ciências publicou um artigo blockbuster intitulado "Caracterizações estruturais e funcionais de infectividade alterada eimuneevasão da variante SARS-CoV-2 Omicron" na revista Cell. O antígeno Omicron Spike Trimer e o mecanismo complexo de Spike Trimer e o receptor ACE2 foram usados para responder às perguntas acima através de análises estruturais e experimentos bioquímicos.

Neste estudo, a ACROBiosystems forneceu importantes reagentes de pesquisa e fez importantes contribuições na expressão de antígeno e análise bioquímica. No experimento de análise da estrutura da estrutura proteica Omicron Spike, o projeto desenvolveu e utilizou a proteína spike trimer (Cat.No.SPN-C52Hz) produzida pela ACROBiosystems.

01. Omicron Spike trimer aumentou a estabilidade

Os pesquisadores primeiro expressaram o Omicron Spike Trimer no estado de Pré-recombinação in vitro e analisaram a estrutura de Spike Trimer usando microscopia crio-elétron em pH fisiológico normal 7.5 e pH 5.5 (Figura 1). A estrutura mostra que a conformação espacial da proteína Omicron Spike nos dois ambientes de pH é quase a mesma, com um RBD na conformação "up" e dois RBDs na conformação "para baixo", enquanto o Spike Trimer de WT e outras cepas de VOC é além do acima Neste estado espacial, há também três RBDs na conformação "para baixo".

Comparando as estruturas das duas proteínas mutantes Spike, Omicron e Delta, descobriu-se que, como o recém-emergido local de mutação na proteína Omicron Spike aumentou as interações hidrofílicas e hidrofóbicas entre o RBD de conformação "para cima" e a conformação "para baixo", estes dois RBDs dessa conformação estão mais próximos no espaço e têm uma área de interação maior, que fornece uma explicação para a existência de apenas um estado de estrutura espacial da proteína Omicron Spike. Além disso, a área de interação das subunidades S1 e S2 de diferentes monômeros em Omicron Spike Trimer é maior, o que faz com que a estrutura geral do Spike Trimer pareça mais "compacta", e a estabilidade da proteína é melhorada. Não só isso, os resultados de experimentos bioquímicos também mostraram que a estabilidade térmica da proteína Omicron Spike foi maior do que a da proteína WT e Delta Spike (Figura 2).

O aumento da estabilidade da proteína Spike aumenta a eficiência de reconhecer o receptor ACE2, mas também reduz a eficiência da fusão subsequente do envelope viral com a membrana celular hospedeira. As proteínas Spike de diferentes cepas foram tratadas adicionando Trypsin e ACE2 in vitro, e a proporção de proteínas Omicron Spike convertidas da conformação pré-fusão que reconhece o receptor ACE2 à conformação pós-fusão que media a fusão de membrana foi observada por microscopia eletrônica contra-retenturada, que foi menor do que a das proteínas WT e Delta Spike. (imagem 3).

02. Atividade de neutralização de omicron diminuiu por anticorpos classe 5

De acordo com relatórios de literatura anteriores, vários anticorpos neutralizantes COVID-19 comercializados aprovados pela FDA quase perderam sua atividade neutralizante contra mutantes de Omicron, como regn10933 da Regeneron e REGN10987; LY-CoV555 e LY-CoV016 de Eli Lilly; Aspen Likang's AZD1061 e AZD8895. Através da análise estrutural, verificou-se que a nova exclusão ou mutação de aminoácidos nas regiões ntd e RBD da proteína Omicron Spike resultou em grandes alterações no epítope antigênico, resultando na perda de atividade neutralizante de muitos anticorpos neutralizantes contra Omicron, como S477N e T478K em RBD. , E484K, Q493R, G496S, Q498R, N501y, Y505H, etc.

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Estudos anteriores classificaram os anticorpos neutralizantes em classes I-VI de acordo com os diferentes epítopos de ligação de antígeno no RBD, analisando a estrutura dos complexos de anticorpos neutralizantes SARS-CoV-2 e antígenos RBD que foram resolvidos no banco de dados do PDB. Neste estudo, um total de 18 anticorpos dessas 6 classes foram testados para sua capacidade de neutralizar pseudovírus WT e Omicron. Os resultados mostraram que, embora a atividade neutralizante dos anticorpos classe V fosse fraca, não foi muito afetada pela mutação Omicron, enquanto as 5 classes restantes de anticorpos tiveram pouco efeito sobre Omicron. A capacidade neutralizante deÔmicronfoi significativamente menor do que a de WT, que também explicou por que a atividade neutralizante de anticorpos neutralizantes comerciais contra Omicron foi bastante reduzida (Fig. 4).

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Os pesquisadores também analisaram a sequência de proteínas Spike de β-coronavírus que usam ACE2 para reconhecer e infectar células hospedeiras e descobriram que 11 aminoácidos conservados estão envolvidos na ligação ao ACE2, e esses aminoácidos podem ser divididos em grupos I-IV. O Grupo I inclui 6 aminoácidos altamente conservados G447, Y453, N487, Y489, T500, G502; grupo II inclui 5 aminoácidos com propriedades semelhantes Y449/F/H, F456/L, Y473/F, F486/L, e Y505H, grupo III inclui 5 aminoácidos menos conservados G446/S/T, L455/S/Y, A475/P/S, G476/D e G496/S, o grupo IV inclui 5 aminoácidos altamente variáveis K417/V/N/R/ T, E484/K/P/Q/Q/V/A, Q493/N/E/R/Y, Q498/Y/H/R e N501/Y/T/D/S (Figura 6). Entre eles, há poucos aminoácidos no grupo I-II, e especula-se que esses dois grupos de aminoácidos podem desempenhar um papel importante no reconhecimento do ACE2 e na manutenção da estabilidade conformacional da proteína Spike, enquanto os aminoácidos do grupo III-IV têm mutações no VOC. Alguns anticorpos neutralizantes relatados até agora, como XGv47, A23-58.1 e S2K146, reconhecem os epítopos aminoácidos do grupo I-II, de modo que esses anticorpos neutralizantes podem competir com ace2 para a ligação à proteína Spike, e os epítopos de ligação de antígênio são altamente conservados, espera-se que se torne uma nova geração de anticorpos para o tratamento e prevenção de Omicron e potenciais novos coronavírus.

03. Regiões conservadas podem ser utilizadas como direção de desenvolvimento de anticorpos de nova geração

Os pesquisadores utilizaram o método SPR para detectar a afinidade da proteína Omicron RBD com ace2 e descobriram que o resultado foi 2,8 vezes maior que o de WT RBD. Analisando a estrutura tridimensional de Omicron Spike Trimer e ACE2, verifica-se que existem dois RBDs na conformação "up" na proteína Omicron Spike que se liga a dois ACE2s. Os aminoácidos de Omicron formam uma interação, o que pode aumentar a afinidade de Spike com ACE2, mas a presença de mutações K417N e E484 reduz a ligação de Spike a ACE2, então, no geral, como outras cepas mutantes, a proteína Spike de Omicron tem uma afinidade aumentada para ACE2 (Figura 5).

Figura 5. Análise estrutural do complexo entre proteína Omicron Spike e ACE2

Os pesquisadores também analisaram a sequência de proteínas Spike de β-coronavírus que usam ACE2 para reconhecer e infectar células hospedeiras e descobriram que 11 aminoácidos conservados estão envolvidos na ligação ao ACE2, e esses aminoácidos podem ser divididos em grupos I-IV. O Grupo I inclui 6 aminoácidos altamente conservados G447, Y453, N487, Y489, T500, G502; grupo II inclui 5 aminoácidos com propriedades semelhantes Y449/F/H, F456/L, Y473/F, F486/L, e Y505H, grupo III inclui 5 aminoácidos menos conservados G446/S/T, L455/S/Y, A475/P/S, G476/D e G496/S, o grupo IV inclui 5 aminoácidos altamente variáveis K417/V/N/R/ T, E484/K/P/Q/Q/V/A, Q493/N/E/R/Y, Q498/Y/H/R e N501/Y/T/D/S (Figura 6). Entre eles, há poucos aminoácidos no grupo I-II, e especula-se que esses dois grupos de aminoácidos podem desempenhar um papel importante no reconhecimento do ACE2 e na manutenção da estabilidade conformacional da proteína Spike, enquanto os aminoácidos do grupo III-IV têm mutações no VOC. Alguns anticorpos neutralizantes relatados até agora, como XGv47, A23-58.1 e S2K146, reconhecem os epítopos aminoácidos do grupo I-II, de modo que esses anticorpos neutralizantes podem competir com ace2 para a ligação à proteína Spike, e os epítopos de ligação de antígênio são altamente conservados, espera-se que se torne uma nova geração de anticorpos para o tratamento e prevenção de Omicron e potenciais novos coronavírus.

Conclusão

Neste estudo, a microscopia crio-elétron foi usada para analisar o mecanismo de Omicron Spike Trimer e o complexo entre Spike Trimer e ACE2, e o mecanismo molecular da infectividade aprimorada de Omicron e fuga imunológica foi explicado através de análises estruturais e experimentos bioquímicos. Os dois grupos acima de epítopos altamente conservados de ligação de antígeno fornecem uma base teórica para o desenho de vacinas de amplo espectro e drogas neutralizadoras.

Desde o início do COVID-19, a ACROBiosystems tem acompanhado de perto o desenvolvimento da epidemia e tem prestado ativamente produtos e serviços de alta qualidade para a maioria dos grupos de pesquisa científica e empresas de P&D de vacinas e anticorpos terapêuticos. Depois que Omicron apareceu, levou apenas 10 dias para expressar com sucesso e produzir uma série de Antígenos necessários para pesquisas relevantes.

Neste estudo, a ACROBiosystems forneceu importantes reagentes de pesquisa e fez importantes contribuições na expressão de antígeno e análise bioquímica. No experimento de análise da estrutura de proteína omicron spike, a proteína oficial do aparador de picos (Cat.No. O SPN-C52Hz) produzido pela ACROBiosystems foi utilizado no desenvolvimento do projeto.

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