¿Cuál es la causa de la pandemia de Omicron?
Mar 23, 2022
Fondo
Descubrimiento y desarrollo de Omicron
El 26 de noviembre de 2021, la OMS clasificó la nueva cepa variante del coronavirus B.1.1.529 encontrada en Sudáfrica como la quinta "variante de preocupación" (COV) y le dio el nombreOmicrón. Aparecieron 35 mutaciones asombrosas en la proteína Spike de esta cepa mutante, especialmente 15 mutaciones en la región RBD, que juega un papel importante en el proceso de reconocimiento de virus de las células huésped, despertando la atención de científicos de todo el mundo. Después,OmicrónRápidamente reemplazó a Delta como la cepa principal en muchos países en solo 2 meses, mostrando una gran capacidad de propagación. Además, los estudios han demostrado que las personas que están naturalmente infectadas o vacunadas seguirán estando infectadas conOmicrón, y los títulos de anticuerpos neutralizantes contra Omicron en muestras de suero de las poblaciones antes mencionadas han disminuido significativamente, lo que indica que la cepa mutante tiene una fuerteinmunecapacidad de evasión.
Contacto:joanna.jia@wecistanche.com
Tpensando
Muchas preguntas sobre Omicron
¿Cuál es el mecanismo molecular por el cual la infectividad yinmuneevasión de Omicron se mejoran significativamente en comparación con WT y otros COV?
¿Cómo funcionan las 35 mutaciones en elOmicrón¿La proteína Spike afecta al virus?
¿Cómo deben diseñarse vacunas y fármacos terapéuticos seguros y eficaces para Omicron?
El 25 de enero, el equipo del profesor Wang Xiangxi del Instituto de Biofísica de la Academia de Ciencias de China publicó un artículo de gran éxito titulado "Caracterizaciones estructurales y funcionales de la infectividad alterada yinmuneevasion of SARS-CoV-2 Omicron variant" en la revista Cell. El antígeno Omicron Spike Trimer y el mecanismo complejo de Spike Trimer y el receptor ACE2 se utilizaron para responder a las preguntas anteriores a través de análisis estructurales y experimentos bioquímicos.
En este estudio, ACROBiosystems proporcionó importantes reactivos de investigación y realizó importantes contribuciones en la expresión de antígenos y el análisis bioquímico. En el experimento de análisis de la estructura de la proteína Spike de Omicron, el proyecto desarrolló y utilizó la proteína trímera Spike (Cat.No.SPN-C52Hz) producida por ACROBiosystems.
01. Estabilidad mejorada del trímero Omicron Spike
En primer lugar, los investigadores expresaron el Omicron Spike Trimer en el estado de prefusión mediante recombinante in vitro y analizaron la estructura de Spike Trimer mediante criomicroscopía electrónica a un pH fisiológico normal de 7,5 y un endosoma de 5,5 (Figura 1). La estructura muestra que la conformación espacial de la proteína Omicron Spike en los dos ambientes de pH es casi la misma, con un RBD en la conformación "arriba" y dos RBD en la conformación "abajo", mientras que el Spike Trimer de WT y otras cepas VOC es además de lo anterior En este estado espacial, también hay tres RBD en la conformación "abajo".
Al comparar las estructuras de las dos proteínas Spike mutantes, Omicron y Delta, se encontró que debido a que el sitio de mutación recién surgido en la proteína Omicron Spike aumentó las interacciones hidrofílicas e hidrofóbicas entre la conformación "arriba" RBD y la conformación "abajo" RBD. , estos dos RBD de esta conformación están más cerca en el espacio y tienen un área de interacción más grande, lo que proporciona una explicación para la existencia de un solo estado de estructura espacial de la proteína Omicron Spike. Además, el área de interacción de las subunidades S1 y S2 de diferentes monómeros en Omicron Spike Trimer es más grande, lo que hace que la estructura general de Spike Trimer parezca más "compacta" y se mejora la estabilidad de la proteína. No solo eso, los resultados de los experimentos bioquímicos también mostraron que la estabilidad térmica de la proteína Omicron Spike era más alta que la de la proteína WT y Delta Spike (Figura 2).
La mayor estabilidad de la proteína Spike aumenta la eficiencia del reconocimiento del receptor ACE2, pero también reduce la eficiencia de la fusión posterior de la envoltura viral con la membrana de la célula huésped. Las proteínas Spike de diferentes cepas se trataron agregando tripsina y ACE2 in vitro, y la proporción de proteínas Omicron Spike convertidas de la conformación de prefusión que reconoce el receptor ACE2 a la conformación de posfusión que media la fusión de membranas se observó mediante microscopía electrónica de contratinción, que fue más bajo que el de las proteínas WT y Delta Spike. (imagen 3).
02. Actividad de neutralización de Omicron disminuida por anticuerpos de clase 5
Según informes bibliográficos anteriores, varios anticuerpos neutralizantes de COVID-19 comercializados y aprobados por la FDA casi pierden su actividad neutralizante contra mutantes de Omicron, como REGN10933 y REGN10987 de Regeneron; LY-CoV555 y LY-CoV016 de Eli Lilly; AZD1061 y AZD8895 de Aspen Likang. A través del análisis estructural, se encontró que la eliminación o mutación de nuevos aminoácidos en las regiones NTD y RBD de la proteína Omicron Spike resultó en grandes cambios en el epítopo antigénico, lo que resultó en la pérdida de la actividad neutralizante de muchos anticuerpos neutralizantes contra Omicron, como S477N y T478K en RBD. , E484K, Q493R, G496S, Q498R, N501Y, Y505H, etc.
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Estudios previos han clasificado los anticuerpos neutralizantes en clases I-VI según los diferentes epítopos de unión a antígeno en el RBD mediante el análisis de la estructura de los complejos de anticuerpos neutralizantes del SARS-CoV-2 y antígenos RBD que se han resuelto en el Base de datos de PDB. En este estudio, se analizó un total de 18 anticuerpos de estas 6 clases para determinar su capacidad para neutralizar los pseudovirus WT y Omicron. Los resultados mostraron que, aunque la actividad neutralizante de los anticuerpos de clase V era débil, no se vio muy afectada por la mutación de Omicron, mientras que las 5 clases de anticuerpos restantes tuvieron poco efecto sobre Omicron. La capacidad neutralizante deOmicrónfue significativamente más bajo que el de WT, lo que también explica por qué la actividad neutralizante de los anticuerpos neutralizantes comerciales contra Omicron se redujo considerablemente (Fig. 4).
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Los investigadores también analizaron la secuencia de la proteína Spike de los -coronavirus que usan ACE2 para reconocer e infectar las células huésped y encontraron que 11 aminoácidos conservados están involucrados en la unión a ACE2, y estos aminoácidos se pueden dividir en grupos I-IV. El grupo I incluye 6 aminoácidos altamente conservados G447, Y453, N487, Y489, T500, G502; el grupo II incluye 5 aminoácidos con propiedades similares Y449/F/H, F456/L, Y473/F, F486/L y Y505H, el grupo III incluye 5 aminoácidos menos conservados G446/S/T, L455/S/Y, A475/P/S, G476/D y G496/S, el grupo IV incluye 5 aminoácidos altamente variables K417/V/N/R/ T, E484/K/P/Q/V/A, Q493/N/E/ R/Y, Q498/Y/H/R y N501/Y/T/D/S (Figura 6). Entre ellos, hay pocos aminoácidos en el grupo I-II y se especula que estos dos grupos de aminoácidos pueden desempeñar un papel importante en el reconocimiento de ACE2 y en el mantenimiento de la estabilidad conformacional de la proteína Spike, mientras que los aminoácidos en el grupo III-IV tienen mutaciones en VOC. Algunos anticuerpos neutralizantes informados hasta ahora, como XGv47, A23-58.1 y S2K146, reconocen los epítopos de aminoácidos del grupo I-II, por lo que estos anticuerpos neutralizantes pueden competir con ACE2 para unirse a la proteína Spike, y el Los epítopos de unión a antígeno están altamente conservados, se espera que se conviertan en una nueva generación de anticuerpos para el tratamiento y la prevención de Omicron y posibles nuevas cepas mutantes de coronavirus.
03. Las regiones conservadas se pueden utilizar como dirección de desarrollo de anticuerpos de nueva generación
Los investigadores utilizaron el método SPR para detectar la afinidad de la proteína Omicron RBD con ACE2 y descubrieron que el resultado era 2,8 veces mayor que el de WT RBD. Al analizar la estructura tridimensional de Omicron Spike Trimer y ACE2, se encuentra que hay dos RBD en la conformación "arriba" en la proteína Omicron Spike que se une a dos ACE2. Los aminoácidos de Omicron forman una interacción que puede aumentar la afinidad de Spike por ACE2, pero la presencia de las mutaciones K417N y E484 reduce la unión de Spike a ACE2, por lo que, en general, al igual que otras cepas mutantes, la proteína Spike de Omicron tiene una mayor afinidad para ACE2 (Figura 5).
Figura 5. Análisis estructural del complejo entre la proteína Omicron Spike y ACE2
Los investigadores también analizaron la secuencia de la proteína Spike de los -coronavirus que usan ACE2 para reconocer e infectar las células huésped y encontraron que 11 aminoácidos conservados están involucrados en la unión a ACE2, y estos aminoácidos se pueden dividir en grupos I-IV. El grupo I incluye 6 aminoácidos altamente conservados G447, Y453, N487, Y489, T500, G502; el grupo II incluye 5 aminoácidos con propiedades similares Y449/F/H, F456/L, Y473/F, F486/L y Y505H, el grupo III incluye 5 aminoácidos menos conservados G446/S/T, L455/S/Y, A475/P/S, G476/D y G496/S, el grupo IV incluye 5 aminoácidos altamente variables K417/V/N/R/ T, E484/K/P/Q/V/A, Q493/N/E/ R/Y, Q498/Y/H/R y N501/Y/T/D/S (Figura 6). Entre ellos, hay pocos aminoácidos en el grupo I-II y se especula que estos dos grupos de aminoácidos pueden desempeñar un papel importante en el reconocimiento de ACE2 y en el mantenimiento de la estabilidad conformacional de la proteína Spike, mientras que los aminoácidos en el grupo III-IV tienen mutaciones en VOC. Algunos anticuerpos neutralizantes informados hasta ahora, como XGv47, A23-58.1 y S2K146, reconocen los epítopos de aminoácidos del grupo I-II, por lo que estos anticuerpos neutralizantes pueden competir con ACE2 para unirse a la proteína Spike, y el Los epítopos de unión a antígeno están altamente conservados, se espera que se conviertan en una nueva generación de anticuerpos para el tratamiento y la prevención de Omicron y posibles nuevas cepas mutantes de coronavirus.
Conclusión
En este estudio, se utilizó microscopía crioelectrónica para analizar el mecanismo de Omicron Spike Trimer y el complejo entre Spike Trimer y ACE2, y el mecanismo molecular de la infectividad mejorada y el escape inmunológico de Omicron se explicó a través de análisis estructurales y experimentos bioquímicos. Los dos grupos anteriores de epítopos de unión a antígeno altamente conservados proporcionan una base teórica para el diseño de vacunas de amplio espectro y fármacos neutralizantes.
Desde el brote de COVID-19, ACROBiosystems ha estado siguiendo de cerca el desarrollo de la epidemia y ha proporcionado activamente productos y servicios de alta calidad para la mayoría de los grupos de investigación científica y empresas de I+D de vacunas y anticuerpos terapéuticos. Después de la aparición de Omicron, solo se necesitaron 10 días para expresar y producir con éxito una serie de antígenos necesarios para la investigación relevante.
En este estudio, ACROBiosystems proporcionó importantes reactivos de investigación y realizó importantes contribuciones en la expresión de antígenos y el análisis bioquímico. En el experimento de análisis de la estructura de la proteína Spike de Omicron, se utilizó en el desarrollo del proyecto la proteína trímera Spike oficial (Cat.No. SPN-C52Hz) producida por ACROBiosystems.
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