Proteïna S del SARS-CoV-2: diferència entre les revisions
actualització d'imatge |
adició d'informació en un nou apartat |
||
| Línia 1: | Línia 1: | ||
{{Infotaula compost químic}} |
{{Infotaula compost químic}} |
||
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.<ref name=":5">{{Ref-publicació|article=Gene of the month: the 2019-nCoV/SARS-CoV-2 novel coronavirus spike protein|url=https://jcp.bmj.com/content/73/7/366|publicació=Journal of Clinical Pathology|data=2020-07-01|issn=0021-9746|pmid=32376714|pàgines=366–369|volum=73|exemplar=7|doi=10.1136/jclinpath-2020-206658|llengua=en|nom=Tahir S.|cognom=Pillay}}</ref> 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.<ref name=":0" /> |
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.<ref name=":5">{{Ref-publicació|article=Gene of the month: the 2019-nCoV/SARS-CoV-2 novel coronavirus spike protein|url=https://jcp.bmj.com/content/73/7/366|publicació=Journal of Clinical Pathology|data=2020-07-01|issn=0021-9746|pmid=32376714|pàgines=366–369|volum=73|exemplar=7|doi=10.1136/jclinpath-2020-206658|llengua=en|nom=Tahir S.|cognom=Pillay}}</ref> 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.<ref name=":0" /> |
||
[[Fitxer:SARS-CoV-2 without background.png|miniatura|Representació il·lustrativa d'un SARS-CoV-2. Es poden apreciar els trímers de la glicoproteïna ''Spike'' que determinen la forma característica de "corona" d'aquest |
[[Fitxer:SARS-CoV-2 without background.png|miniatura|Representació il·lustrativa d'un SARS-CoV-2. Es poden apreciar els trímers de la glicoproteïna ''Spike'' que determinen la forma característica de "corona" d'aquest virus. |189x189px]] |
||
rus. |189x189px]] |
|||
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.<ref name=":0">{{Ref-web|títol=Spike Protein / S Protein|url=https://www.sinobiological.com/research/virus/hcov-spike-protein-overview|consulta=2020-10-28}}</ref> |
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.<ref name=":0">{{Ref-web|títol=Spike Protein / S Protein|url=https://www.sinobiological.com/research/virus/hcov-spike-protein-overview|consulta=2020-10-28}}</ref> |
||
| Línia 12: | Línia 10: | ||
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. Aquest, consisteix en cinc làmines-β antiparal·leles (β1, β2, β3, β4 i β7), que formen el nucli juntament amb petites hèlices i bucles de connexió. Després de dos petits subdominis (SD1/2), trobem dos llocs d'éscisió de proteasa (S1/S2 i S2'). A la subunitat S2, hi trobem el pèptid de fusió o ''Fusion Protein (FP)'' (residus 788-806), dues hèptades peptídiques repetitives (HR1 entre els residus 912-984 i HR2 entre els residus 1163-1213), una hèlix central (CH), un domini connector (CD), el domini transmembranal (residus 1213-1237) i un domini citosòlic (residus 1237-1273).<ref name=":1" /> |
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. Aquest, consisteix en cinc làmines-β antiparal·leles (β1, β2, β3, β4 i β7), que formen el nucli juntament amb petites hèlices i bucles de connexió. Després de dos petits subdominis (SD1/2), trobem dos llocs d'éscisió de proteasa (S1/S2 i S2'). A la subunitat S2, hi trobem el pèptid de fusió o ''Fusion Protein (FP)'' (residus 788-806), dues hèptades peptídiques repetitives (HR1 entre els residus 912-984 i HR2 entre els residus 1163-1213), una hèlix central (CH), un domini connector (CD), el domini transmembranal (residus 1213-1237) i un domini citosòlic (residus 1237-1273).<ref name=":1" /> |
||
[[Fitxer:ANTÍGRNO 2.png|miniatura|329x329px|Il·lustració d'un SARS-CoV-2. Es poden apreciar els trímers característics formats per les glicoproteïnes Spike, observant detalladament l'estructura generalitzada de cadascún d'aquests, on es poden observar les subunitats S1 i S2.]] |
[[Fitxer:ANTÍGRNO 2.png|miniatura|329x329px|Il·lustració d'un SARS-CoV-2. Es poden apreciar els trímers característics formats per les glicoproteïnes Spike, observant detalladament l'estructura generalitzada de cadascún d'aquests, on es poden observar les subunitats S1 i S2.|esquerra]] |
||
També és important destacar la divergència entre gens codificants de la proteïna S entre diversos coronavirus, doncs el gen S del SARS-CoV-2 presenta relativa diferència amb el d'altres CoVs. La glicoproteïna S presenta un 76% de similitud amb la proteïna S del SARS-CoV Urbani quant a la seqüència aminoacídica, i un 80% amb la dels SARSr-CoV ZXC21 i ZC45<ref name=":4">{{Ref-publicació|article=Structure, Function, and Antigenicity of the SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867420302622|publicació=Cell|data=2020-04-16|issn=0092-8674|pàgines=281–292.e6|volum=181|exemplar=2|doi=10.1016/j.cell.2020.02.058|llengua=en}}</ref> (aquests dos últims són soques derivades de ratpenats). Però, cal destacar també la similitud genòmica que presenta la proteïna S del SARS-CoV-2 amb la del virus RaTG13, amb una semblança d'un 97%.<ref name=":2">{{Ref-publicació|article=Characterization of spike glycoprotein of SARS-CoV-2 on virus entry and its immune cross-reactivity with SARS-CoV|cognom=Ou|nom5=Dan|cognom4=Li|nom4=Pei|cognom3=Lei|nom3=Xiaobo|cognom2=Liu|nom2=Yan|nom=Xiuyuan|url=https://www.nature.com/articles/s41467-020-15562-9|llengua=en|doi=10.1038/s41467-020-15562-9|exemplar=1|volum=11|pàgines=1620|issn=2041-1723|data=2020-03-27|publicació=Nature Communications|cognom5=Mi}}</ref> Altrament, la similitud en la seqüència aminoacídica de la regío RBD del COVID-19 es només d'un 74% i 90,1%<ref name=":2" /> amb el SARS-CoV i RaTG13, respectivament. No obstant això, tot i la diferència evident que mostra tenir la proteïna S amb la seva homòloga en el SARS-CoV, el mecanisme d'enllaçament és similar pels dos virus.<ref name=":3">{{Ref-publicació|article=Key residues of the receptor binding motif in the spike protein of SARS-CoV-2 that interact with ACE2 and neutralizing antibodies|cognom=Yi|nom5=Meiqin|cognom4=Ding|nom4=Longfei|cognom3=Ye|nom3=Jing|cognom2=Sun|nom2=Xiaoyu|nom=Chunyan|url=https://www.nature.com/articles/s41423-020-0458-z|llengua=en|doi=10.1038/s41423-020-0458-z|exemplar=6|volum=17|pàgines=621–630|issn=2042-0226|data=2020-06|publicació=Cellular & Molecular Immunology|cognom5=Liu}}</ref> |
També és important destacar la divergència entre gens codificants de la proteïna S entre diversos coronavirus, doncs el gen S del SARS-CoV-2 presenta relativa diferència amb el d'altres CoVs. La glicoproteïna S presenta un 76% de similitud amb la proteïna S del SARS-CoV Urbani quant a la seqüència aminoacídica, i un 80% amb la dels SARSr-CoV ZXC21 i ZC45<ref name=":4">{{Ref-publicació|article=Structure, Function, and Antigenicity of the SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867420302622|publicació=Cell|data=2020-04-16|issn=0092-8674|pàgines=281–292.e6|volum=181|exemplar=2|doi=10.1016/j.cell.2020.02.058|llengua=en}}</ref> (aquests dos últims són soques derivades de ratpenats). Però, cal destacar també la similitud genòmica que presenta la proteïna S del SARS-CoV-2 amb la del virus RaTG13, amb una semblança d'un 97%.<ref name=":2">{{Ref-publicació|article=Characterization of spike glycoprotein of SARS-CoV-2 on virus entry and its immune cross-reactivity with SARS-CoV|cognom=Ou|nom5=Dan|cognom4=Li|nom4=Pei|cognom3=Lei|nom3=Xiaobo|cognom2=Liu|nom2=Yan|nom=Xiuyuan|url=https://www.nature.com/articles/s41467-020-15562-9|llengua=en|doi=10.1038/s41467-020-15562-9|exemplar=1|volum=11|pàgines=1620|issn=2041-1723|data=2020-03-27|publicació=Nature Communications|cognom5=Mi}}</ref> Altrament, la similitud en la seqüència aminoacídica de la regío RBD del COVID-19 es només d'un 74% i 90,1%<ref name=":2" /> amb el SARS-CoV i RaTG13, respectivament. No obstant això, tot i la diferència evident que mostra tenir la proteïna S amb la seva homòloga en el SARS-CoV, el mecanisme d'enllaçament és similar pels dos virus.<ref name=":3">{{Ref-publicació|article=Key residues of the receptor binding motif in the spike protein of SARS-CoV-2 that interact with ACE2 and neutralizing antibodies|cognom=Yi|nom5=Meiqin|cognom4=Ding|nom4=Longfei|cognom3=Ye|nom3=Jing|cognom2=Sun|nom2=Xiaoyu|nom=Chunyan|url=https://www.nature.com/articles/s41423-020-0458-z|llengua=en|doi=10.1038/s41423-020-0458-z|exemplar=6|volum=17|pàgines=621–630|issn=2042-0226|data=2020-06|publicació=Cellular & Molecular Immunology|cognom5=Liu}}</ref> |
||
| Línia 97: | Línia 95: | ||
== Fusió == |
== Fusió == |
||
La subunitat de fusió (S2) conté una gran varietat de motius, entre ells el [[pèptid]] de fusió (FP). El FP descriu una seqüència curta (15-25 aminoàcids) composada majoritàriament per residus hidrofòbics com la glicina (G) o l’alanina (A), les quals s’insereixen en la membrana de l’hoste per desencadenar la fusió.<ref name=":7">{{Ref-publicació|article=Coronavirus membrane fusion mechanism offers a potential target for antiviral development|cognom=Tang|nom5=Susan|cognom4=Whittaker|nom4=Gary R.|cognom3=Jaimes|nom3=Javier A.|cognom2=Bidon|nom2=Miya|nom=Tiffany|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7194977/|doi=10.1016/j.antiviral.2020.104792|volum=178|pàgines=104792|pmid=32272173|pmc=7194977|issn=0166-3542|data=2020-6|publicació=Antiviral Research|cognom5=Daniel}}</ref> La unió del RBD de S1 amb l’enzim ECA2 produeix la proteòlisi activadora de la proteïna S en el punt que connecta S1 i S2. En conseqüència, s’exposa un punt de trencament a S2 (S2’) susceptible de ser atacat per les proteases de la cèl·lula hoste, iniciant el procés de fusió.<ref name=":5" /> La proteòlisi a S2’, que pot ser catalitzada per una serina proteasa cel·lular (TMPRSS2) o una cisteïna proteasa endosòmica ([[catepsina]] B i L), allibera el pèptid de fusió i desestabilitza l’estructura de pre-fusió de la proteïna S. A continuació el FP s’insereix a la membrana de l’hoste, formant l’estat ''pre-hairpin'', que degut a la seva inestabilitat passa ràpidament a l’estat de post-fusió quan S2 es torna a doblegar de manera irreversible.<ref name=":6" /> Aquest canvi conformacional, anomenat ''fusion core'' (nucli de fusió) o ''six-helix bundle'' (paquet de 6 hèlix), estira de les membranes del virus i l’hoste fins que es troben a una distància molt propera. El ''fusion core'' és produït pel muntatge de tres regions de HR1 en forma d’un trímer ''coiled-coil'' (hèlix superenrotllada) que s’uneixen a tres regions de HR2 mitjançant interaccions hidrofòbiques. El procés de fusió es realitza en dues etapes: l’hemifusió i la formació del porus d’entrada. L’hemifusió consisteix en la unió de les monocapes exteriors del virus i l’hoste, mantenint les monocapes i continguts interiors intactes. Finalment, es forma un porus d’entrada quan les bicapes lipídiques es fusionen completament, abocant a dins la cèl·lula el contingut del virus.<ref name=":7" /> |
La subunitat de fusió (S2) conté una gran varietat de motius, entre ells el [[pèptid]] de fusió (FP). El FP descriu una seqüència curta (15-25 aminoàcids) composada majoritàriament per residus hidrofòbics com la glicina (G) o l’alanina (A), les quals s’insereixen en la membrana de l’hoste per desencadenar la fusió.<ref name=":7">{{Ref-publicació|article=Coronavirus membrane fusion mechanism offers a potential target for antiviral development|cognom=Tang|nom5=Susan|cognom4=Whittaker|nom4=Gary R.|cognom3=Jaimes|nom3=Javier A.|cognom2=Bidon|nom2=Miya|nom=Tiffany|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7194977/|doi=10.1016/j.antiviral.2020.104792|volum=178|pàgines=104792|pmid=32272173|pmc=7194977|issn=0166-3542|data=2020-6|publicació=Antiviral Research|cognom5=Daniel}}</ref> La unió del RBD de S1 amb l’enzim ECA2 produeix la proteòlisi activadora de la proteïna S en el punt que connecta S1 i S2. En conseqüència, s’exposa un punt de trencament a S2 (S2’) susceptible de ser atacat per les proteases de la cèl·lula hoste, iniciant el procés de fusió.<ref name=":5" /> La proteòlisi a S2’, que pot ser catalitzada per una serina proteasa cel·lular (TMPRSS2) o una cisteïna proteasa endosòmica ([[catepsina]] B i L), allibera el pèptid de fusió i desestabilitza l’estructura de pre-fusió de la proteïna S. A continuació el FP s’insereix a la membrana de l’hoste, formant l’estat ''pre-hairpin'', que degut a la seva inestabilitat passa ràpidament a l’estat de post-fusió quan S2 es torna a doblegar de manera irreversible.<ref name=":6" /> Aquest canvi conformacional, anomenat ''fusion core'' (nucli de fusió) o ''six-helix bundle'' (paquet de 6 hèlix), estira de les membranes del virus i l’hoste fins que es troben a una distància molt propera. El ''fusion core'' és produït pel muntatge de tres regions de HR1 en forma d’un trímer ''coiled-coil'' (hèlix superenrotllada) que s’uneixen a tres regions de HR2 mitjançant interaccions hidrofòbiques. El procés de fusió es realitza en dues etapes: l’hemifusió i la formació del porus d’entrada. L’hemifusió consisteix en la unió de les monocapes exteriors del virus i l’hoste, mantenint les monocapes i continguts interiors intactes. Finalment, es forma un porus d’entrada quan les bicapes lipídiques es fusionen completament, abocant a dins la cèl·lula el contingut del virus.<ref name=":7" /> |
||
== Usos terapèutics == |
|||
Degut a la gran importància bioquímica que suposa funcionalment aquesta proteïna per a la infectivitat i patogenecitat del virus, ha esdevingut una de les principals dianes terapèutiques dels tractaments en experimentació que s'estan estudiant i valorant actualment com a cura de la malaltia. |
|||
Com que aquesta molècula és responsable de l'enllaçament amb el receptor hoste i de la fusió membranal, la futura vacuna basada en aquesta proteïna induiria anticossos que reconeixerien i bloquejarien l'enllaçament i fusió viral i, en conseqüència, neutralitzaria la infecció vírica. |
|||
Per a desenvolupar la nova vacuna, s'estan utilitzant coneixements obtinguts a partir d'experiències anteriors amb altres virus de la família, com el SARS-CoV o el [[MERS coronavirus|MERS-CoV]]. Com ja s'ha esmentat anteriorment, aquests dos virus comparteixen amb el SARS-CoV-2 certes seqüències conservades i estructures similars, motiu pel qual s'estan considerant els mecanismes d'immunització contra aquests dos virus com a guia de cara al disseny final del prototip de vacuna<ref>{{Ref-publicació|article=SARS-CoV-2 SPIKE PROTEIN: an optimal immunological target for vaccines|cognom=Salvatori|nom5=Giuseppe|cognom4=Aurisicchio|nom4=Luigi|cognom3=Maffei|nom3=Mariano|cognom2=Luberto|nom2=Laura|nom=Giovanni|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7268185/|doi=10.1186/s12967-020-02392-y|volum=18|pmid=32493510|pmc=7268185|issn=1479-5876|data=2020-06-03|publicació=Journal of Translational Medicine|cognom5=Roscilli}}</ref>. Una de les principals aproximacions al disseny de la vacuna final es fonamenten en la immunització contra un o més antígens presents en l'estructura vírica del SARS-CoV-2, ja sigui mitjançant administració directa de la proteïna purificada o per expressió d'un [[vector víric]] de vacuna (ADN o ARN). |
|||
Les proteïnes superficials del virus són les dianes principals que s'estan estudiant. A part de la proteïna S, el virus presenta també una petita proteïna E (''envelope'')'','' la proteïna de matriu M i la proteïna nucleocàpside N. Uns estudis experimentals mitjançant vectors recombinants que expressaven la proteïna S del SARS-CoV |
|||
== Vegeu també == |
== Vegeu també == |
||
Revisió del 21:51, 5 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 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 consisteix en un fragment N-terminal extracel·lular, un domini transmembranal ancorat a la membrana viral i un segment petit C-terminal intracel·lular. La proteïna normalment presenta una conformació metastable de prefusió, i un cop el virus interactua amb la cèl·lula hoste, aquest entra en estat de fusió gràcies a una reorganització estructural extensiva.[3] A més a més, les proteïnes es recobreixen amb uns 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. Aquest, consisteix en cinc làmines-β antiparal·leles (β1, β2, β3, β4 i β7), que formen el nucli juntament amb petites hèlices i bucles de connexió. Després de dos petits subdominis (SD1/2), trobem dos llocs d'éscisió de proteasa (S1/S2 i S2'). A la subunitat S2, hi trobem el pèptid de fusió o Fusion Protein (FP) (residus 788-806), dues hèptades peptídiques repetitives (HR1 entre els residus 912-984 i HR2 entre els residus 1163-1213), una hèlix central (CH), un domini connector (CD), el domini transmembranal (residus 1213-1237) i un domini citosòlic (residus 1237-1273).[3]
També és important destacar la divergència entre gens codificants de la proteïna S entre diversos coronavirus, doncs el gen S del SARS-CoV-2 presenta relativa diferència amb el d'altres CoVs. La glicoproteïna S presenta un 76% de similitud amb la proteïna S del SARS-CoV Urbani quant a la seqüència aminoacídica, i un 80% amb la dels SARSr-CoV ZXC21 i ZC45[5] (aquests dos últims són soques derivades de ratpenats). Però, cal destacar també la similitud genòmica que presenta la proteïna S del SARS-CoV-2 amb la del virus RaTG13, amb una semblança d'un 97%.[6] Altrament, la similitud en la seqüència aminoacídica de la regío RBD del COVID-19 es només d'un 74% i 90,1%[6] amb el SARS-CoV i RaTG13, respectivament. No obstant això, tot i la diferència evident que mostra tenir la proteïna S amb la seva homòloga en el SARS-CoV, el mecanisme d'enllaçament és similar pels dos virus.[7]
Malgrat les diferències, la conservació estructural de seqüències aminoacídiques en ambdós virus porta a la hipòtesi que la regió RBM podria induir l'anomenada "reactivitat creuada" per part d'anticossos,[7] malgrat que actualment no hi existeixen evidències científiques que demostrin aquest fenomen per part d'anticossos potencials i capacitat per a dur aquesta activitat.
La glicoproteïna S del SARS-CoV-2 està densament glicossilada mitjançant N-glicans heterogenis que sobresurten de la superfície trimèrica. Aquests oligosacàrids exerceixen diferents funcions: participen en el plegament de la proteïna, segurament modul·la el reconeixement per anticossos i afecta al "priming" realitzat per les proteases pròpies[5] (com pot ser la furina). La separació proteolítica de les subunitats S1 i S2, procés denominat a l'anglès com a "priming", atorga a les proteïnes Spike dels coronavirus la flexibilitat estructural necessària per a la reacció de fusió membranal[8], per tant, és deduïble la importància bioquímica que suposen les diverses glicosilacions d'aquesta proteïna de cara a la funcionalitat final d'aquesta. En el cas del virus que s'està tractant en aquest article, aquest presenta 22 regions per protòmer per a fer N-glicosilacions. Si es compara això amb la proteïna S del SARS-CoV, aquest presenta 23 regions en lloc de 22. A més a més, 20 regions de les 22 presentades en la proteïna S del SARS-CoV-2 es troben conservades en la proteïna S del SARS-CoV, específicament, 9 dels 13 glicans de la subunitat S1 i els 9 glicans de la S2[5]. Algunes d'aquestes regions són, per exemple: N17LT, P25PA, H69VS o N74GT.
Biosíntesi
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.[9]
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).[10]
Fusió
La subunitat de fusió (S2) conté una gran varietat de motius, entre ells el pèptid de fusió (FP). El FP descriu una seqüència curta (15-25 aminoàcids) composada majoritàriament per residus hidrofòbics com la glicina (G) o l’alanina (A), les quals s’insereixen en la membrana de l’hoste per desencadenar la fusió.[11] La unió del RBD de S1 amb l’enzim ECA2 produeix la proteòlisi activadora de la proteïna S en el punt que connecta S1 i S2. En conseqüència, s’exposa un punt de trencament a S2 (S2’) susceptible de ser atacat per les proteases de la cèl·lula hoste, iniciant el procés de fusió.[1] La proteòlisi a S2’, que pot ser catalitzada per una serina proteasa cel·lular (TMPRSS2) o una cisteïna proteasa endosòmica (catepsina B i L), allibera el pèptid de fusió i desestabilitza l’estructura de pre-fusió de la proteïna S. A continuació el FP s’insereix a la membrana de l’hoste, formant l’estat pre-hairpin, que degut a la seva inestabilitat passa ràpidament a l’estat de post-fusió quan S2 es torna a doblegar de manera irreversible.[9] Aquest canvi conformacional, anomenat fusion core (nucli de fusió) o six-helix bundle (paquet de 6 hèlix), estira de les membranes del virus i l’hoste fins que es troben a una distància molt propera. El fusion core és produït pel muntatge de tres regions de HR1 en forma d’un trímer coiled-coil (hèlix superenrotllada) que s’uneixen a tres regions de HR2 mitjançant interaccions hidrofòbiques. El procés de fusió es realitza en dues etapes: l’hemifusió i la formació del porus d’entrada. L’hemifusió consisteix en la unió de les monocapes exteriors del virus i l’hoste, mantenint les monocapes i continguts interiors intactes. Finalment, es forma un porus d’entrada quan les bicapes lipídiques es fusionen completament, abocant a dins la cèl·lula el contingut del virus.[11]
Usos terapèutics
Degut a la gran importància bioquímica que suposa funcionalment aquesta proteïna per a la infectivitat i patogenecitat del virus, ha esdevingut una de les principals dianes terapèutiques dels tractaments en experimentació que s'estan estudiant i valorant actualment com a cura de la malaltia.
Com que aquesta molècula és responsable de l'enllaçament amb el receptor hoste i de la fusió membranal, la futura vacuna basada en aquesta proteïna induiria anticossos que reconeixerien i bloquejarien l'enllaçament i fusió viral i, en conseqüència, neutralitzaria la infecció vírica.
Per a desenvolupar la nova vacuna, s'estan utilitzant coneixements obtinguts a partir d'experiències anteriors amb altres virus de la família, com el SARS-CoV o el MERS-CoV. Com ja s'ha esmentat anteriorment, aquests dos virus comparteixen amb el SARS-CoV-2 certes seqüències conservades i estructures similars, motiu pel qual s'estan considerant els mecanismes d'immunització contra aquests dos virus com a guia de cara al disseny final del prototip de vacuna[12]. Una de les principals aproximacions al disseny de la vacuna final es fonamenten en la immunització contra un o més antígens presents en l'estructura vírica del SARS-CoV-2, ja sigui mitjançant administració directa de la proteïna purificada o per expressió d'un vector víric de vacuna (ADN o ARN).
Les proteïnes superficials del virus són les dianes principals que s'estan estudiant. A part de la proteïna S, el virus presenta també una petita proteïna E (envelope), la proteïna de matriu M i la proteïna nucleocàpside N. Uns estudis experimentals mitjançant vectors recombinants que expressaven la proteïna S del SARS-CoV
Vegeu també
Referències
- ↑ 1,0 1,1 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 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.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 «Structure, Function, and Antigenicity of the SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein» (en anglès). Cell, 181, 2, 16-04-2020, pàg. 281–292.e6. DOI: 10.1016/j.cell.2020.02.058. ISSN: 0092-8674.
- ↑ 6,0 6,1 Ou, Xiuyuan; Liu, Yan; Lei, Xiaobo; Li, Pei; Mi, Dan «Characterization of spike glycoprotein of SARS-CoV-2 on virus entry and its immune cross-reactivity with SARS-CoV» (en anglès). Nature Communications, 11, 1, 27-03-2020, pàg. 1620. DOI: 10.1038/s41467-020-15562-9. ISSN: 2041-1723.
- ↑ 7,0 7,1 Yi, Chunyan; Sun, Xiaoyu; Ye, Jing; Ding, Longfei; Liu, Meiqin «Key residues of the receptor binding motif in the spike protein of SARS-CoV-2 that interact with ACE2 and neutralizing antibodies» (en anglès). Cellular & Molecular Immunology, 17, 6, 2020-06, pàg. 621–630. DOI: 10.1038/s41423-020-0458-z. ISSN: 2042-0226.
- ↑ Hoffmann, Markus; Hofmann-Winkler, Heike; Pöhlmann, Stefan «Priming Time: How Cellular Proteases Arm Coronavirus Spike Proteins». Activation of Viruses by Host Proteases, 16-02-2018, pàg. 71–98. DOI: 10.1007/978-3-319-75474-1_4. PMC: 7122371.
- ↑ 9,0 9,1 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.
- ↑ 11,0 11,1 Tang, Tiffany; Bidon, Miya; Jaimes, Javier A.; Whittaker, Gary R.; Daniel, Susan «Coronavirus membrane fusion mechanism offers a potential target for antiviral development». Antiviral Research, 178, 2020-6, pàg. 104792. DOI: 10.1016/j.antiviral.2020.104792. ISSN: 0166-3542. PMC: 7194977. PMID: 32272173.
- ↑ Salvatori, Giovanni; Luberto, Laura; Maffei, Mariano; Aurisicchio, Luigi; Roscilli, Giuseppe «SARS-CoV-2 SPIKE PROTEIN: an optimal immunological target for vaccines». Journal of Translational Medicine, 18, 03-06-2020. DOI: 10.1186/s12967-020-02392-y. ISSN: 1479-5876. PMC: 7268185. PMID: 32493510.