Коронавирус летучей мыши делает заразным для человеческих клеток замена одной аминокислоты

Коронавирус SARS-CoV-2, скорее всего, происходит от коронавиурсов летучих мышей. Главной предпосылкой для пандемического распространения считается способность S-белка SARS-CoV-2 использовать человеческий рецептор ACE2 для проникновения в клетку. Множество исследований посвящено характерным особенностям S-белка нового коронавируса, таким как вставка аминокислотами PRRA, образовавшая сайт расщепления клеточной протеазой фурином. Исследователи из университета Ульма и вместе с коллегами из других научных центров Германии показали, что единственная замена T403R (треонина на аргинин в положении 403) в S-белке вируса RaTG13 S позволяет ему связываться с ACE2.

RaTG13, изолированный в 2013 году в провинции Юньнань от летучей мыши Rhinolophus affinis, — ближайший родственник SARS-CoV-2 среди известных вирусов. Его S-белок очень сходен с белком SARS-CoV-2, однако рецепторсвязывающий домен (RBD) значительно отличается по структуре.

Согласно данным компьютерного анализа, останок аргинина в положении 403 повышает стабильность тримерного S-белка и делает более прочным взаимодействие с АСЕ2. Авторы статьи установили, что этот аргинин у SARS-CoV-2 редко заменяется на другую аминокислоту. Из 1,7 млн исследованных геномов только в 233 нашли изменение, соответствующее замене на лизин, и еще в 18 — замене на другую аминокислоту или делецию. (Лизин и аргинин относятся к положительно заряженные аминокислотам, треонин — к нейтральным.)

Чтобы экспериментально проверить значимость замены, исследователи создали псевдовирусы на основе вируса везикулярного стоматита, которые содержали исходные S-белки SARS-CoV-2 и RaTG13, S-белок RaTG13 с заменой T403R и S-белок SARS-CoV-2 с обратной заменой R403T.

Замена T403R в белке коронавируса летучей мыши увеличила его способность заражать человеческие клетки примерно в 30 раз, тогда как контрольная замена на нейтральный аланин эффекта не имела. Обратная замена R403T в S-белке SARS-CoV-2 снизила инфицирование, хотя и не полностью. Аналогичные результаты был получен в опытах с полноразмерным вирусом SARS-CoV-2. Псевдовирусы с T403R S-белком летучей мыши также успешно инфицировали кишечные органоиды, полученные из стволовых клеток человека.

Затем авторы провели эксперименты с клетками, которые оверэкспрессировали рецептор АСЕ2 летучей мыши. Псевдовирусы с S-белком SARS-CoV-2 и T403R S-белком RaTG13 инфицировали эти клетки, а псевдовирусы с S-белком RaTG13 дикого типа — практически нет. Это подтверждает, что в природе RaTG13 использует альтернативный рецептор.

Расщепление протеазами S-белка SARS-CoV-2, необходимое для проникновения вируса в клетку, запускается связыванием с ACE2. И действительно, вестерн-блоттинг подтвердил, что белок RaTG13 расщепляется в присутствии ACE2, только если в нем есть замена T403R.

Авторы предполагают, что эта замена также может обеспечивать способность нового коронавируса прикрепляться к мембранным белкам интегринам, так как благодаря ей в белке возникает последовательность «аргинин-глицин-аспартат», распознаваемая интегринами.

Интересно, что S-белок вируса атипичной пневмонии SARS-CoV-1 тоже содержит положительный остаток (лизин) в этом положении, как и коронавирус панголина, RBD которого сходен с SARS-CoV-2.

Таким образом, положительно заряженный остаток аминокислоты в позиции 403 S-белка вируса летучей мыши повышает его заразность для людей. Это открытие может помочь предсказывать зоонозный потенциал коронавирусов животных, отмечают авторы. У многих сарбековирусов летучих мышей, родственных RaTG13, в соответствующем сайте S-белка находится именно положительно заряженная аминокислота. Возможно, она была и у предшественника SARS-CoV-2, лучше приспособленного для заражения человека, чем RaTG13.

Ранее указывали на другие аминокислотные замены, которые могут усиливать способность RaTG13 связываться с человеческим рецептором, но такого сильного эффекта до сих пор никто не демонстрировал.