Proteïna S del SARS-CoV-2: diferència entre les revisions
m neteja i estandardització de codi |
Biosíntesis |
||
| Línia 5: | Línia 5: | ||
== Estructura bioquímica == |
== Estructura bioquímica == |
||
La proteïna ''Spike'' és una proteïna |
La proteïna ''Spike'' és una proteïna transmembrana del tipus I, d'una mida relativament gran que pot arribar fins als 180-200 kDa<ref name=":1">{{Ref-publicació|article=Structural and functional properties of SARS-CoV-2 spike protein: potential antivirus drug development for COVID-19|cognom=Huang|nom5=Shu-wen|cognom4=Xu|nom4=Wei|cognom3=Xu|nom3=Xin-feng|cognom2=Yang|nom2=Chan|nom=Yuan|url=https://www.nature.com/articles/s41401-020-0485-4|llengua=en|doi=10.1038/s41401-020-0485-4|exemplar=9|volum=41|pàgines=1141–1149|issn=1745-7254|data=2020-09|publicació=Acta Pharmacologica Sinica|cognom5=Liu}}</ref> (tot i que, com ja s'ha esmentat anteriorment, les dimensions de la proteïna varien en funció de l'espècie vírica). Aquesta proteïna a part d'estar conformada per un gran nombre d'aminoàcids, es pot trobar glicosilada considerablement (la proteïna S dels CoV pot arribar a presentar entre 21-35 llocs per N-glicosilacions). |
||
La proteïna consisteix en un fragment N-terminal extracel·lular, un domini transmembranal ancorat a la membrana viral i un segment petit C-terminal intracel·lular<ref name=":1" />. La proteïna normalment presenta una conformació metastable de prefusió, i un cop el virus interactua amb la cèl·lula hoste el virus entra en estat de fusió gràcies a una reorganització estructural extensiva<ref name=":1" />. A |
La proteïna S del SARS-CoV-2 consisteix en un fragment N-terminal extracel·lular, un domini transmembranal ancorat a la membrana viral i un segment petit C-terminal intracel·lular<ref name=":1" />. La proteïna normalment presenta una conformació metastable de prefusió, i un cop el virus interactua amb la cèl·lula hoste el virus entra en estat de fusió gràcies a una reorganització estructural extensiva<ref name=":1" />. A més, les proteïnes es recobreixen amb polisacàrids per tal de camuflar-les del sistema immune de l'hoste durant l'entrada<ref>{{Ref-publicació|article=Site-specific glycan analysis of the SARS-CoV-2 spike|nom=Yasunori|nom5=Max|cognom4=McLellan|nom4=Jason S.|cognom3=Wrapp|nom3=Daniel|cognom2=Allen|nom2=Joel D.|cognom=Watanabe|doi=10.1126/science.abb9983|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32366695/|exemplar=6501|volum=369|pàgines=330–333|pmid=32366695|pmc=7199903|issn=1095-9203|data=07 17, 2020|publicació=Science (New York, N.Y.)|cognom5=Crispin}}</ref>. |
||
La llargada total de la proteïna és de 1273 [[Aminoàcid|aminoàcids]]. Presenta un senyal peptídic localitzat al fragment N-terminal entre els aminoàcids 1-13, la subunitat S1 (residus 14-685) i finalment una subunitat S2 (residus 686-1273)<ref name=":1" />. En la subunitat S1, hi ha un altre domini N-terminal (residus 14-305) i el ''Receptor-Binding Domain'' o RBD. Quant a la subunitat S2, hi trobem el pèptid de fusió o ''Fusion Protein'' (residus 788-806), dues hèptades peptídiques repetitives (HR1 entre els residus 912-984 i HR2 entre els residus 1163-1213), el domini |
La llargada total de la proteïna és de 1273 [[Aminoàcid|aminoàcids]]. Presenta un senyal peptídic localitzat al fragment N-terminal entre els aminoàcids 1-13, la subunitat S1 (residus 14-685) i finalment una subunitat S2 (residus 686-1273)<ref name=":1" />. En la subunitat S1, hi ha un altre domini N-terminal (residus 14-305) i el ''Receptor-Binding Domain'' o RBD. Quant a la subunitat S2, hi trobem el pèptid de fusió o ''Fusion Protein'' (residus 788-806), dues hèptades peptídiques repetitives (HR1 entre els residus 912-984 i HR2 entre els residus 1163-1213), el domini transmembrana (residus 1213-1237) i un domini citosòlic (residus 1237-1273)<ref name=":1" />. |
||
== Biosíntesis == |
|||
La traducció de la proteïna S, que fa ús de la maquinària de replicació de la cèl·lula hoste, comença al citosol. El precursor sense processar conté una seqüència senyal de transport al reticle endoplasmàtic rugós (RER) a l’extrem N-terminal, aquesta dirigeix la proteïna cap a la membrana del RER per que continuï sent traduïda, posteriorment la seqüència és eliminada per les peptidases del lumen. Una única seqüència senyal ''stop-transfer'' a l’extrem C-terminal, que comprèn tota l’amplada de la membrana, evita que la proteïna s’alliberi per complet al lumen i es secreti fora de la cèl·lula hoste. Cotraduccionalent , s’uneixen cadenes d’oligosacàrids riques en manoses amb enllaços N-glicosídics. Després de la síntesi, els monòmers de glicoproteïna S formen trímers, amb l’estructura típica de corona, fet que facilita el seu transport a l’aparell de Golgi. En aquest nou compartiment la majoria de les cadenes d’oligosacàrids es tornen més complexes i també se n’afegeixen de noves amb enllaços O-glicosídics. Al trans Golgi network (TGN) s’hi produeix la proteòlisi al lloc de trencament S1/S2 per la furina o proteases similars, descobrint una nova superfície a la subunitat S1 encarregada de la unió amb el receptor de membrana de la cèl·lula hoste i una altra a S2 amb la funció de fusió de les membranes del virus i l’hoste. Ambdues subunitats romanen associades mitjançant interaccions no covalents en un estat metastable de prefusió. A continuació, una seqüència senyal de retorn al reticle endoplasmàtic (ERRS) assegura que la proteïna S madura s’acumula, junt amb la proteïna de membrana del virus (M), al compartiment intermedi RE-Golgi, on participen per muntar el virió i s’incorporen a la membrana d’aquest. Per altra banda, una part de les proteïnes S madures viatgen per la via secretora cap a la membrana plasmàtica, on poden produir la fusió de cèl·lules infectades amb cèl·lules sanes, formant cèl·lules gegants multinucleades.<ref>{{Ref-publicació|article=The SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein Biosynthesis, Structure, Function, and Antigenicity: Implications for the Design of Spike-Based Vaccine Immunogens|cognom=Duan|nom5=Yunwei|cognom4=Niu|nom4=Yuna|cognom3=Zhang|nom3=Hongxia|cognom2=Zheng|nom2=Qianqian|nom=Liangwei|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7575906/|doi=10.3389/fimmu.2020.576622|volum=11|pmid=33117378|pmc=7575906|issn=1664-3224|data=2020-10-07|publicació=Frontiers in Immunology|cognom5=Lou}}</ref> |
|||
== Interacció amb el receptor == |
== Interacció amb el receptor == |
||
Revisió del 00:05, 1 nov 2020
| Substància química | proteïna  |
|---|---|
| Nom curt | S |
| Trobat en el tàxon | |
| UniProt | P0DTC2 |
La glicoproteïna Spike del SARS-CoV-2, coneguda també com a proteïna S, és una glicoproteïna de fusió vírica de clase I composada per 1273 aminoàcids.[1] La proteïna S és possiblement la diana terapèutica clau de cara a la futura cura de la COVID-19, ja sigui en forma de vacuna, anticòs terapèutic o diferents tipus de diagnòstics clínics. La seva importància radica en el fet que el SARS-CoV-2 la utilitza com a clau d’entrada per accedir dins de les cèl·lules sanes de l’hoste infectat. Estructuralment, està formada per dues subunitats: la subunitat S1 i la S2. La primera s'encarrega del reconeixement i unió amb el receptor, mentre que la segona és responsable de la fusió celular. Les glicoproteïnes Spike s'ajunten a la superfície vírica formant trímers, cosa que acaba resultant en la curiosa aparença exterior de corona d'aquests virus[2].
La variabilitat vírica que presenta la subfamília del Coronavirus, ve donada, en part, per les diferències que presenten en la proteïna S, doncs ha anat evolucionant diferentment fins a tal punt que aquesta proteïna, entre els diferents virus de la família, no difereix només en aspectes estructurals, de mida, pes i llargaria, sinó que també presenta diferències funcionals, per exemple, en les interaccions contra receptors determinats o en la resposta a detonants naturals de la fusió membranal entre cèl·lula i virus[2].
Estructura bioquímica
La proteïna Spike és una proteïna transmembrana del tipus I, d'una mida relativament gran que pot arribar fins als 180-200 kDa[3] (tot i que, com ja s'ha esmentat anteriorment, les dimensions de la proteïna varien en funció de l'espècie vírica). Aquesta proteïna a part d'estar conformada per un gran nombre d'aminoàcids, es pot trobar glicosilada considerablement (la proteïna S dels CoV pot arribar a presentar entre 21-35 llocs per N-glicosilacions).
La proteïna S del SARS-CoV-2 consisteix en un fragment N-terminal extracel·lular, un domini transmembranal ancorat a la membrana viral i un segment petit C-terminal intracel·lular[3]. La proteïna normalment presenta una conformació metastable de prefusió, i un cop el virus interactua amb la cèl·lula hoste el virus entra en estat de fusió gràcies a una reorganització estructural extensiva[3]. A més, les proteïnes es recobreixen amb polisacàrids per tal de camuflar-les del sistema immune de l'hoste durant l'entrada[4].
La llargada total de la proteïna és de 1273 aminoàcids. Presenta un senyal peptídic localitzat al fragment N-terminal entre els aminoàcids 1-13, la subunitat S1 (residus 14-685) i finalment una subunitat S2 (residus 686-1273)[3]. En la subunitat S1, hi ha un altre domini N-terminal (residus 14-305) i el Receptor-Binding Domain o RBD. Quant a la subunitat S2, hi trobem el pèptid de fusió o Fusion Protein (residus 788-806), dues hèptades peptídiques repetitives (HR1 entre els residus 912-984 i HR2 entre els residus 1163-1213), el domini transmembrana (residus 1213-1237) i un domini citosòlic (residus 1237-1273)[3].
Biosíntesis
La traducció de la proteïna S, que fa ús de la maquinària de replicació de la cèl·lula hoste, comença al citosol. El precursor sense processar conté una seqüència senyal de transport al reticle endoplasmàtic rugós (RER) a l’extrem N-terminal, aquesta dirigeix la proteïna cap a la membrana del RER per que continuï sent traduïda, posteriorment la seqüència és eliminada per les peptidases del lumen. Una única seqüència senyal stop-transfer a l’extrem C-terminal, que comprèn tota l’amplada de la membrana, evita que la proteïna s’alliberi per complet al lumen i es secreti fora de la cèl·lula hoste. Cotraduccionalent , s’uneixen cadenes d’oligosacàrids riques en manoses amb enllaços N-glicosídics. Després de la síntesi, els monòmers de glicoproteïna S formen trímers, amb l’estructura típica de corona, fet que facilita el seu transport a l’aparell de Golgi. En aquest nou compartiment la majoria de les cadenes d’oligosacàrids es tornen més complexes i també se n’afegeixen de noves amb enllaços O-glicosídics. Al trans Golgi network (TGN) s’hi produeix la proteòlisi al lloc de trencament S1/S2 per la furina o proteases similars, descobrint una nova superfície a la subunitat S1 encarregada de la unió amb el receptor de membrana de la cèl·lula hoste i una altra a S2 amb la funció de fusió de les membranes del virus i l’hoste. Ambdues subunitats romanen associades mitjançant interaccions no covalents en un estat metastable de prefusió. A continuació, una seqüència senyal de retorn al reticle endoplasmàtic (ERRS) assegura que la proteïna S madura s’acumula, junt amb la proteïna de membrana del virus (M), al compartiment intermedi RE-Golgi, on participen per muntar el virió i s’incorporen a la membrana d’aquest. Per altra banda, una part de les proteïnes S madures viatgen per la via secretora cap a la membrana plasmàtica, on poden produir la fusió de cèl·lules infectades amb cèl·lules sanes, formant cèl·lules gegants multinucleades.[5]
Interacció amb el receptor
El SARS-CoV2 pot infectar els pneumòcits tipus II dels alvèols mitjançant la interacció amb el receptor de l’ECA2.
La interacció es dóna entre el domini d’unió del receptor (RBD) i el domini N-terminal peptidasa de l’ECA2, que està format per dos lòbuls. El contacte es produeix a la part inferior del lòbul petit de l’ECA2, amb una superfície còncava exterior del RBD, permetent l’acomodament de l’α-hèlix N-terminal de l’ECA2 i, conseqüentment, creant una interfície de 1687 Å^2. Hi participen varis tipus d’interaccions, incloses les hidrofíliques amb 13 ponts d’hidrogen i 2 ponts salins.[3]
| Interacció | SARS-CoV-2 RBD | Distància (Å) | ECA2 |
|---|---|---|---|
| Ponts d'hidrogen | N487(ND2) | 2.6 | Q24(OE1) |
| K417(NZ) | 3.0 | D30(OD2) | |
| Q493(NE2) | 2.8 | E35(OE2) | |
| Y505(OH) | 3.2 | E37(OE2) | |
| Y449(OH) | 2.7 | D38(OD2) | |
| T500(OG1) | 2.6 | Y41(OH) | |
| N501(N) | 3.7 | Y41(OH) | |
| G446(O) | 3.3 | Q42(NE2) | |
| Y449(OH) | 3.0 | Q42(NE2) | |
| Y489(OH) | 3.5 | Y83(OH) | |
| N487(OD1) | 2.7 | Y83(OH) | |
| G502(N) | 2.8 | K353(O) | |
| Y505(OH) | 3.7 | R393(NH2) | |
| Ponts salins | K417(NZ) | 3.9 | D30(OD1) |
| K417(NZ) | 3.0 | D30(OD2) |
No obstant, la hidrofobicitat de la superície de la proteïna S del SARS-CoV-2, major que en el cas del SARS-CoV, és el principal factor que estabilitza la unió amb el receptor, fet que podria explicar la seva alta infectivitat. Abans de l’acoblament, les cadenes laterals hidrofíliques d’ambdues proteïnes es troben fent ponts d’hidrogen amb les molècules d’aigua del medi extracel·lular, per tant, s’han de desfer d’aquesta capa d’aigua per tal d’unir-se entre elles. Les interaccions hidrofòbiques a la zona d’unió entre la proteïna S i l’ECA2 faciliten aquesta tasca, permetent a les a les cadenes laterals hidrofíloques participar en la interacció hidrofòbica amb les seves porcions hodrofòbiques. A la superfície del RBD es troben varis residus amb cadenes laterals hidrofòbiques, com la glicina (Gly), alanina (Ala), valina (Val), leucina (Leu), isoleucina (Ile), prolina (Pro), fenilalanina (Phe), metionina (Met) i triptòfan (Trp).[6]
Referències
- ↑ Pillay, Tahir S. «Gene of the month: the 2019-nCoV/SARS-CoV-2 novel coronavirus spike protein» (en anglès). Journal of Clinical Pathology, 73, 7, 01-07-2020, pàg. 366–369. DOI: 10.1136/jclinpath-2020-206658. ISSN: 0021-9746. PMID: 32376714.
- ↑ 2,0 2,1 «Spike Protein / S Protein». [Consulta: 28 octubre 2020].
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Huang, Yuan; Yang, Chan; Xu, Xin-feng; Xu, Wei; Liu, Shu-wen «Structural and functional properties of SARS-CoV-2 spike protein: potential antivirus drug development for COVID-19» (en anglès). Acta Pharmacologica Sinica, 41, 9, 2020-09, pàg. 1141–1149. DOI: 10.1038/s41401-020-0485-4. ISSN: 1745-7254.
- ↑ Watanabe, Yasunori; Allen, Joel D.; Wrapp, Daniel; McLellan, Jason S.; Crispin, Max «Site-specific glycan analysis of the SARS-CoV-2 spike». Science (New York, N.Y.), 369, 6501, 07 17, 2020, pàg. 330–333. DOI: 10.1126/science.abb9983. ISSN: 1095-9203. PMC: 7199903. PMID: 32366695.
- ↑ Duan, Liangwei; Zheng, Qianqian; Zhang, Hongxia; Niu, Yuna; Lou, Yunwei «The SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein Biosynthesis, Structure, Function, and Antigenicity: Implications for the Design of Spike-Based Vaccine Immunogens». Frontiers in Immunology, 11, 07-10-2020. DOI: 10.3389/fimmu.2020.576622. ISSN: 1664-3224. PMC: 7575906. PMID: 33117378.
- ↑ Li, Jiacheng; Ma, Xiaoliang; Guo, Shuai; Hou, Chengyu; Shi, Liping «A Hydrophobic-Interaction-Based Mechanism Triggers Docking between the SARS-CoV-2 Spike and Angiotensin-Converting Enzyme 2» (en anglès). Global Challenges, n/a, n/a, pàg. 2000067. DOI: 10.1002/gch2.202000067. ISSN: 2056-6646.