In che modo la membrana alterata SARS-CoV-2 Delta si fonde ed elude l’immunità?

Un nuovo studio affascinante e tempestivo mostra come la variante delta della sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2) abbia raggiunto una maggiore trasmissibilità e resistenza alla neutralizzazione.

Una versione prestampata dello studio è disponibile su bioRxiv* Server, mentre l’articolo è soggetto a revisione paritaria.

sfondo

L’attuale pandemia di coronavirus 2019 (COVID-19) è causata dal virus SARS-CoV-2. Nonostante i progressi nella sua somministrazione, continuano ad emergere nuove varianti, che spesso mostrano una resistenza parziale agli anticorpi preesistenti derivanti da vaccini o infezioni naturali.

La variante delta B.1.617.2 è un tipo di virus che è apparso per la prima volta in India ma si è diffuso rapidamente ed è diventato prevalente nel corso di pochi mesi. È una variante preoccupante (VOC) perché ha il doppio della trasmissibilità del ceppo di riferimento Wuhan.

Ricerche precedenti indicano che ha un periodo di incubazione più breve, mentre la carica virale è mille volte maggiore rispetto a quella raggiunta dai ceppi precedenti. Ha causato super infezioni dopo una vaccinazione completa. Ciò rende importante comprendere i meccanismi sottostanti che li rendono diversi in modo che possano essere sviluppate strategie di intervento appropriate.

Il picco del virus è una glicoproteina dell’involucro superficiale che media l’attacco e l’ingresso del virus nella cellula ospite. Trovato in natura come agente di potatura, si lega al recettore virale dell’enzima di conversione dell’angiotensina 2 (ACE2).

Il picco contiene due domini, S1 e S2, che mediano rispettivamente l’interazione del recettore e la fusione della membrana. La scissione in questi due frammenti viene effettuata con l’aiuto di una proteasi ospite simile al furano.

Il legame al recettore è seguito dalla scissione spinosa tramite l’enzima ospite TMPRSS2, o le catepsine B e L. Ciò provoca la caduta del dominio S1, mentre S2 subisce una serie di eventi che fanno fondere il virus nella membrana cellulare e nelle membrane cellulari vicine fondere.

Questi promuovono l’ingresso del virus nella cellula e la diffusione dell’infezione alle cellule vicine mediante la formazione di sincizi.

Il dominio S1 contiene un NTD (dominio N-terminale), un RBD (dominio di legame del recettore) e due CTD (domini C-terminale), tutti circondanti un gruppo di eliche che comprende il dominio di avvio S2. Gli RBD possono essere nella conformazione “su” o “giù”, quando disponibili per legarsi o meno al recettore, rispettivamente.

Questo movimento nel RBD impedisce alla risposta immunitaria dell’ospite di prendere di mira questo sito funzionalmente importante sul virus.

Cosa ha mostrato questo studio?

I ricercatori hanno scoperto che la forcella delta fonde le membrane delle cellule vicine in modo più efficiente, aumentando nel tempo. Quando si moltiplica con uno pseudovirus con un’altezza geometrica che promuove l’incorporazione nelle particelle virali, è stato osservato che la variante delta infetta le cellule molto più velocemente di qualsiasi altra variante, in un periodo di 1 ora.

Tutte le varianti hanno raggiunto il loro livello massimo di infezione entro otto ore. Confrontando le variabili gamma, kappa e delta, scoprono che il potatore a spiga primario costituisce <40% del totale, per gamma alta, con una scissione delle punte inefficace da parte della furina.

Al contrario, la variante delta ha formato un singolo picco di altezza in primo piano, indicando che è molto stabile nello stato complesso S1/S2, simile alle varianti G614 e beta-spike.

Il legame del recettore era più forte per la gamma più alta rispetto a G614 a causa delle mutazioni K417T, E484K e N501Y nel RBD. Delta aveva un’affinità media, probabilmente perché il legame del recettore porta alla dissociazione della subunità S1, specialmente con il dipolo ACE2. Tuttavia, la dissociazione del picco dal ricevitore era simile per tutte e tre le varianti.

G614 si lega agli anticorpi nel plasma convalescente diretti contro la proteina spike, NTD o RBD, ma il mutante gamma non si è legato all’anticorpo RBD e uno all’anticorpo NTD. Per altri anticorpi NTD, ha una ridotta affinità.

La variante delta non si lega agli anticorpi NTD, ma mantiene il legame con altri anticorpi. L’affinità di legame è stata correlata con la capacità neutralizzante di quasi tutti gli anticorpi. Le mutazioni hanno influenzato la sensibilità alla neutralizzazione mediata da anticorpi contro la variante gamma più del delta.

Struttura dell’assetto della punta

Sono state esaminate le microstrutture elettroniche criogeniche dei trimmer e non sono state esaminate modifiche strutturali significative nelle diverse varianti rispetto al genitore di G614. Il delta cutter è la più stabile delle varianti spike, mentre il gamma spike triangolare a tre slot tende a rompersi.

Quando il trimmer spike-delta è stato posizionato sul trimmer originale G614 nella forma RBD chiusa, concentrandosi sulla regione S2, le differenze erano più pronunciate nel NTD, con le sue tre mutazioni e una delezione di residuo.

Quando i NTD sono allineati, si vede che l’anello tra i residui 143-154 assume una forma diversa. Questo lo tiene lontano dalla membrana del virus. Allo stesso tempo, le mutazioni ricostituiscono il segmento N-terminale e un altro anello tra i residui 173-187. Ciò altera il profilo dell’antigene nel gruppo di epitopi NTD-1 in NTD.

Tali cambiamenti aiutano a spiegare perché gli anticorpi NTD-1 non riescono a legare e neutralizzare in modo efficiente la variante delta. Nel frattempo, le mutazioni Delta RBD L452R e T478K non riescono a produrre cambiamenti strutturali e non si trovano all’interfaccia ACE2. Non fa nemmeno parte di un epitopo equalizzante, poiché non altera il legame o la neutralizzazione.

Un altro boom è S2 D950N, che può modificare lo stato di elettricità statica locale.

Quali sono gli effetti?

Si cercano spiegazioni per l’aumentata trasmissibilità della variante delta attraverso il complesso alfa-VOC, che di per sé è molto più contagioso del ceppo Wuhan. È possibile che il processo di replicazione virale della variante delta sia esso stesso oggetto di mutazioni uniche che accelerano la replicazione genetica.

Anche molti altri passaggi sono fondamentali per l’assemblaggio delle particelle virali. Tuttavia, per spiegare come la carica virale nella cellula infetta sia mille volte superiore per questa variante. Mentre il legame di ACE2 da parte di questa variante è paragonabile alle varianti precedenti e la scissione improvvisa rimane simile, lo studio attuale rivela altri due fattori che possono contribuire alla sua insolita trasmissibilità e diffusione.

Uno è una maggiore efficienza di fusione con una maggiore espressione del picco Delta sulla superficie cellulare anche quando i livelli di ACE2 sono bassi, rispetto a qualsiasi altra variabile. In secondo luogo, la fase di fusione è stata ottimizzata per consentire l’ingresso nella cellula anche a bassi livelli di ACE2.

Questa ottimizzazione può spiegare perché la variante delta viene trasmessa dopo un’esposizione relativamente breve e infetta rapidamente molte cellule ospiti, determinando un breve periodo di incubazione e una maggiore carica virale durante l’infezione.Scrivono i ricercatori.

Saranno necessari ulteriori studi per confermare ciò, utilizzando virus nativi piuttosto che lo spike pruner o il costrutto RBD utilizzato in questo esperimento.

I cambiamenti strutturali sembrano essere insufficienti per spiegare l’aumento della fusione. La mutazione D950N, presente solo nella variante delta, rimuove una carica negativa da ciascuno dei protomeri nel picco triangolare. La sua posizione vicino a un potenziale controller della proteina spike può destabilizzare la subunità del primer S2 mediante meccanismi elettrostatici.

Questa perdita di stabilità non può essere troppo grande, poiché farebbe cambiare il potatore troppo presto e quindi diventare inattivo prima che si verifichi la fusione della membrana.

È interessante notare che, mentre l’RBD mantiene la sua struttura e funzione tra tutte le varianti, con mutazioni che si verificano in alcuni siti specifici, NTD sembra consentire il riarrangiamento dei suoi anelli di superficie, catene beta centrali e pochi glicani legati all’N, pur mantenendo ma eludendo l’infezione dell’ospite. risposta immunitaria.

La cosa importante da togliere da questo è che gli anticorpi terapeutici dovrebbero evitare di prendere di mira il NTD perché sono in grado di eluderli facilmente. I vaccini di nuova generazione si baseranno su tali studi di struttura, antigene e funzione per selezionare gli antigeni più potenti che producono anticorpi contro gli epitopi più conservati.

*Nota importante

bioRxiv Pubblica rapporti scientifici preliminari che non sono stati sottoposti a revisione paritaria e pertanto non devono essere considerati conclusivi, guidare la pratica clinica/comportamenti relativi alla salute o essere trattati come informazioni consolidate.