SARS-CoV-2 spike proteininin yapısal ve fonksiyonel özellikleri: COVID-19 için potansiyel antivirüs ilaç geliştirme
COVID-19, şu anda dünya çapında hala yayılım gösteren ve yeni ortaya çıkan bulaşıcı bir hastalıktır. Hastalık, yeni bir koronavirüs olan şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs 2’den (SARS-CoV-2) kaynaklanmaktadır. SARS-CoV-2’nin Başak (Spike, S) proteini, reseptör tanıma ve hücre zarı ile füzyon (kaynaşma) sürecinde önemli rol oynar. Spike proteini, S1 ve S2 olmak üzere iki alt birimden oluşur. S1 alt birimi, konakçı “anjiyotensin dönüştürücü enzim-2 reseptörünü” (ACE2) tanıyan ve ona bağlanan bir reseptör bağlanma alanı bölgesi, RBD) içerir. S2 alt birimi, iki heptad (7 amino asitlik) tekrar bölgesi yoluyla altı sarmallı bir demet oluşturarak virüsün hücre membran (zar) füzyonuna aracılık eder.
COVID-19, Aralık 2019’da meydana gelen yeni bir koronavirüsten kaynaklandı. Kısa sürede (5 ay içinde) dünya çapında yayıldı ve küresel bir pandemiye dönüştü. COVID-19’un daha sonra şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs 2 (SARS-CoV-2) olarak adlandırılan bir koronavirüsün neden olduğu kısa sürede keşfedildi. Virüs, β koronavirüs ailesine aittir. İnsanları enfekte ettiği bilinen yedinci koronavirüstür; Bu koronavirüslerden dördü (229E, NL63, OC43 ve HKU1) sadece hafif soğuk algınlığı semptomlarına neden olurken, diğer üçü (SARS-CoV, MERS-CoV ve SARS-CoV-2) ciddi semptomlara sebep olmakta ve hatta sırasıyla% 10,% 37 ve% 5 oranları ile ölümlere neden olabilmektedir.
SARS-CoV-2, tek sarmallı, pozitif (+) anlamlı (sens) RNA içeren zarflı bir virüstür. RNA tabanlı metagenomik yeni nesil dizileme yaklaşımı ile, tüm genomunun 29.881 bp uzunluğunda olduğu gösterildi (GenBank no. MN908947). Genom 9860 amino asitii kodlar. Gen fragmanları, yapısal ve yapısal olmayan proteinleri ifade eder. S, E, M ve N genleri yapısal proteinleri kodlarken, 3-kimotripsin benzeri proteaz, papain benzeri proteaz ve RNA’ya bağımlı RNA polimeraz (RdRp) gibi yapısal olmayan proteinler ORF bölgesi tarafından kodlanır.
SARS-CoV-2’nin yüzeyini çok sayıda glikozillenmiş (şeker molekülleri ile kaplı) Spike proteini (S)proteini kaplar. Bu proteinler, viral hücre girişine aracılık ederek, konakçı hücre reseptörü anjiyotensin dönüştürücü enzim 2’ye (ACE2) bağlanır.
S proteini reseptöre bağlandığında, TM proteaz serin 2 (TMPRSS2), S proteinini aktive ederek virüsün hücreye girişini destekler. TMPRSS2 konak hücre membranında bulunan TMPRSS2a tip 2 bir TM serin proteazdır. Virüs hücreye girdiğinde, viral RNA salınır ve poliproteinler ifade edilir. Viral RNA genomunun replikasyonu ve transkripsiyonu, protein işlenmesi, replikaz-transkriptaz kompleksinin birleşmesi yoluyla gerçekleşir. Viral RNA kopyalanır ve yapısal proteinler, konakçı hücrede sentezlenir, birleştirilir ve paketlenir, ardından viral partiküller serbest bırakılır (Şekil 1d).
Bu proteinler, viral yaşam döngüsü için kritiktir ve ilaç tedavileri için potansiyel hedeflerdir. Örneğin, ACE2 bazlı peptid, 3CLpro inhibitörü (3CLpro-1) ve yeni bir vinilsülfon proteaz inhibitörünün SARS-CoV-2’ye karşı etkili olduğu deneysel olarak gösterilmiştir. SARS-CoV-2’nın S proteini, tüm insan koronavirüsleri (HCoV’ler) arasında yüksek oranda korunur ve reseptör tanıma, viral bağlanma ve konakçı hücrelere girişte rol oynar. Vazgeçilmez fonksiyonları nedeniyle COVID-19 aşısı ve terapötik araştırmalar için en önemli hedeflerden birini temsil etmektedir.
S proteininin yapısı
180–200 kDa boyutundaki S proteini, hücre dışı bir N-ucu, viral membrana sabitlenmiş bir transmembran (TM) bölgesi ve kısa bir hücre içi C-ucu segmentinden oluşur. S proteini normalde yarı kararlı, prefüzyon (birleşme öncesi) yapısında bulunur. Virüs, konakçı hücre ile etkileşime girdiğinde, S proteininde kapsamlı yapısal bir yeniden düzenlenme meydana gelir ve virüsün konakçı hücre membranı ile kaynaşmasına izin verir. Proteinin sivri çıkıntıları, kamufle etmek ve böylece bağışıklık tepkisinden korunmak için polisakkarit molekülleri ile kaplanır ve böylece hücreye giriş sırasında virüs konakçı bağışıklık sisteminin denetiminden kaçınır.
SARS-CoV-2 S’nin toplam uzunluğu 1273 amino asittir. N-ucunda bulunan bir sinyal peptidinden (amino asitler 1-13), S1 alt biriminden (amino asitler 14-685) ve S2 alt biriminden (amino asitler 686–1273) oluşur; son iki bölge sırasıyla reseptör bağlanmasından ve membran füzyonundan sorumludur. S1 alt biriminde, bir N-terminal alanı (14–305 amino asitler) ve bir reseptör bağlanma alanı (RBD, 319–541 amino asitler) vardır; füzyon peptidi (FP) (788–806 amino asitler), heptapeptid tekrar dizisi 1 (HR1) (912–984 amino asitler), HR2 (1163–1213 amino asitler), TM alanı (1213–1237 amino asitler) ve sitoplazma alanı (1237– 1273 amino asitler), S2 alt birimini içerir (Şekil 2a). S protein trimerleri (üç eşdeğerdeki birimi), görsel olarak viral partikülü çevreleyen karakteristik soğanlı, taç benzeri bir hale oluşturur (Şekil 1a). Koronavirüs S protein monomerlerinin yapısına bağlı olarak, S1 ve S2 alt birimleri soğan başı ve sap bölgesini oluşturur. SARS-CoV-2 trimerik S proteininin yapısı, atomik seviyede kriyo-elektron mikroskobu (soğutmalı elektron mikroskobu) ile belirlenmiş ve S reseptör bağlanma bölgesi (RBD) açık ve kapalı durumdaki şekillerini ve işlevlerini ortaya çıkarmıştır (Şekil 2b, c).
Şekil: SARS-CoV-2 S proteininin yapısı. SARS-CoV-2 spike proteininin yapısal ve fonksiyonel özellikleri ve COVID-19 için potansiyel antivirüs ilaç geliştirme. a. SARS-CoV-2 proteini başlığının şematik gösterimi. b – c. S proteini RBD kapalı ve açık durumu. d. S proteini, S1 alt biriminde açılmış RBD ile ACE2’ye bağlanır. e. S2 alt biriminin HR1 ve HR2 tarafından oluşturulan altı sarmallı yapı.
Doğal durumda, S proteini inaktif bir öncü olarak bulunur. Viral enfeksiyon sırasında hedef hücre proteazları, S proteinini S1 ve S2 alt birimlerine bölerek etkinleştirir. Bu bölünme, hedef hücrelere viral girişten sonra membran füzyon bölgesini aktive etmek için gereklidir. Diğer koronavirüslere benzer şekilde, SARS-CoV-2’nin S proteini, hücresel proteazlar tarafından S1 ve S2 alt birimlerine serin proteaz TMPRSS2 ile bölünür. SARS-CoV’nin bölünme bölgesi bilinmesine rağmen, SARS-CoV-2 S’ninki henüz rapor edilmemiştir.
S1 alt biriminin yapısı
Virüs partiküllerinin konakçı hücrenin yüzeyindeki hücre reseptörlerine bağlanması, virüs enfeksiyonunu başlatır; bu nedenle reseptör tanıma, viral girişin önemli bir belirleyicisi ve bir ilaç tasarım hedefidir.
S1 alt biriminde yer alan RBD, hücre reseptörü ACE2’de aminopeptidaz N bölgesine bağlanır. S1 bölgesi, N-terminal bölgesi (NTD) ve C-terminal bölgesi (CTD)’yi içerir ve bağlanma arayüzündeki atomik ayrıntılar, SARS-CoV-2-CTD’deki anahtar amino asitlerin ikamelerini gösterir. Ek olarak, SARS-CoV-2 S CTD bağlanma arayüzü, SARS-RBD’den ACE2 reseptörü ile doğrudan etkileşime giren daha fazla amino asite sahiptir (21’e karşı 17) ve SARS-CoV-2 S CTD ile daha geniş bir yüzey alanı gömülüdür. Anahtar amino asitlerin mutasyonları, ACE2 ile etkileşimin güçlendirilmesinde önemli bir rol oynar. SARS RBD’de I472 yerine SARS-CoV-2’deki F486, ACE2 Y83 ile güçlü aromatik-aromatik etkileşimler oluşturur ve SARS-CoV-2-CTD’de E484, SARS RBD’de P470 yerine K31 ile iyonik etkileşimler oluşturur. Bu durum, SARS-CoV’nin RBD’sine göre reseptör bağlanması için daha yüksek afiniteye yol açar (Şekil 2d).
RBD bölgesi, nötralize antikorlar (nAb’ler) için kritik bir hedeftir ve SARS-CoV-2’daki bu bölge SARS-CoV RBD ~% 73-% 76 benzerdir. CoV RBD’de ACE2 ile temas eden dokuz amino asit tamamen korunurken ve dördü kısmen korunur. SARS-CoV ve SARS-CoV-2’nin RBM’sinin (reseptör bağlama motifi, RBD’nin bir kısmının ACE2 ile doğrudan temas kurması) analizi, SARS-CoV S proteinindeki ACE2 bağlanması için gerekli olan çoğu amino asitin SARS’ta korunduğunu ortaya çıkarmıştır. Bununla birlikte, bazı çalışmalar, fare monoklonal antikorlarının (mAb’ler) ve SARS-RBD’ye karşı poliklonal antikorların SARS-CoV-2’nin S proteini ile etkileşime giremediğini ve SARS-CoV ve SARS-CoV-2 arasındaki antijenisitede farklılıkları ortaya çıkardığını göstermiştir. Benzer şekilde, SARS-CoV RBD’ye özgü bir antikor, SL-CoV-SHC01’in S proteininin aracılık ettiği enfeksiyonu bloke edemedi, bu da S1 RBD’nin, geniş spektrumlu ve oldukça değişken karakteristiği nedeniyle ideal bir ilaç hedefi olmayabileceğini düşündürmektedir.
S2 alt biriminin yapısı
Ardışık olarak bir FP, HR1, HR2, TM bölgesi ve sitoplazmik alan füzyonundan (CT) oluşan S2 alt birimi, viral füzyon ve girişten sorumludur.
FP, viral ailenin 15-20 korunmuş amino asitlerden oluşan kısa bir bölümüdür ve esas olarak glisin (G) veya alanin (A) gibi hidrofobik amino asitleri içerir. FP peptidleri, S proteini ön saç tokası yapısını benimsediğinde hedef zara tutunur. Önceki araştırmalar, FP’nin, konakçı hücre membranının çift lipit katmanlarını bozarak membran füzyonuna aracılık etmede önemli bir rol oynadığını göstermiştir.
HR1 ve HR2, tekrarlayan bir heptapeptidden (7 amino asitlik bir peptid) oluşur: HPPHCPC, burada H hidrofobik ve hacimli bir amino asiti simgeler, P polar veya hidrofilik bir amino asiti ve C başka bir yüklü amino asiti simgeler. HR1 ve HR2, S2 alt biriminin viral füzyon ve hücreye giriş fonksiyonu için gerekli olan altı sarmal demeti (6-HB) (Şekil 2e) oluşturur. HR1, bir hidrofobik FP’nin C-ucunda bulunur ve HR2, TM bölgesinin N-ucunda bulunur. Aşağı akış TM alanı, S proteinini viral membrana tutturur ve S2 alt birimi bir CT kuyruğunda son bulur.
RBD, ACE2’ye bağlanır ve S2, FP’yi hedef hücre zarına sokarak konformasyonu değiştirir. Bu, HR1 alanının ön saç pimli sarmal bobinini açığa iter ve 6-HB oluşturmak için HR2 alanı ile HR1 trimer arasındaki etkileşimi tetikleyerek viral zarf ve hücre zarını viral füzyon ve giriş için yakın konuma getirir. HR1, yüzeyde HR2’ye bağlanan yüksek oranda korunmuş üç hidrofobik oluğun açıkta olduğu bir homotrimerik düzenek oluşturur. HR2 alanı, HR1 alanı ile etkileşim için hem sert bir sarmal hem de esnek bir döngü oluşturur. CoV’lerin postfüzyon firkete konformasyonunda, “füzyon çekirdek bölgesi” (sırasıyla HR1core ve HR2core bölgeleri) olarak adlandırılan, sarmal bölge içindeki HR1 ve HR2 alanları arasında birçok güçlü etkileşim vardır.
Heptad tekrarını (HR) hedeflemek, terapötik ilaç calışmalaında en büyük ilgiyi çekmiştir. S proteini, spesifik ilaçların geliştirilmesi için önemli bir hedef protein iken, S1 RBD alanı oldukça değişken bir bölgenin parçasıdır ve geniş spektrumlu antiviral inhibitör gelişimi için ideal bir hedef bölge değildir. Aksine, S2 alt biriminin HR bölgesi, HCoV enfeksiyonlarında önemli bir rol oynar ve HR1 ve HR2 arasındaki etkileşim modu gibi HCoV’ler arasında korunmuştur. Viral proteinlerin korunmuş bölgelerinden türetilen peptitlerin antiviral etkinliği önemli bir çalışma alanıdır. Zarflı virüslerin sınıf I viral füzyon proteinlerinin HR2 bölgesinden türetilen peptitler, viral HR1’e rekabetçi bir şekilde bağlanır ve viral enfeksiyonu etkili bir şekilde inhibe eder. Bu nedenle HR1, SARS-CoV-2 enfeksiyonuna karşı füzyon inhibitörlerinin geliştirilmesi için umut verici bir hedeftir.
S proteininin fonksiyonları
Virüs yüzeyindeki S proteini, enfeksiyonla ilgili önemli bir faktördür. Bu protein, viral girişten sorumlu trimerik sınıf I TM bir glikoproteindir ve her türlü HCoV’de olduğu gibi, HIV (HIV glikoprotein 160, Env), influenza virüsü (influenza hemaglutinin, HA), paramiksovirü (paramiksovirüs F) ve Ebola (Ebola virüsü glikoproteini) gibi diğer virüslerde de mevcuttur. Diğer koronavirüslere benzer şekilde, SARS-CoV-2’nin S proteini, viral enfeksiyon sırasında reseptör tanıma, hücre bağlanması ve füzyona aracılık eder.
Viral zarfın yüzeyinde bulunan S proteininin trimeri, S proteininin reseptöre bağlandığı temel birimdir. S1 bölgesi, esas olarak virüsün reseptöre bağlanmasından sorumlu olan RBD’yi içerirken, S2 alanı esas olarak, virüs füzyonu ile yakından ilgili olan HR1 ve HR2 dahil olmak üzere HR bölgesi içerir.
Reseptör bağlama
Yukarıda bahsedildiği gibi SARS-CoV-2’nin S proteini, ACE2 reseptörü vasıtası ile konakçı hücreye bağlanır. ACE2 bir enzim reseptör olup, anjiyotensin I’i anjiyotensin 1-9’a dönüştüren bir ACE homologudur. ACE2 esas olarak akciğer, bağırsak, kalp ve böbrekte ve alveolar epitel tip II hücrelerde ifade edilir. ACE2 aynı zamanda SARS-CoV için bilinen bir reseptördür. SARS-CoV’nin S proteininin S1 alt birimi, ACE2’ye bağlanarak düşük pH altında viral füzyon aktivitesini tetikleyen endozom oluşumunu teşvik eder (Şekil 1a, b).
S proteini ve ACE2 arasındaki etkileşim, amfibiler (krbağalar), kuşlar ve memeliler gibi farklı türlerde korunmuş bir birincil yapıya sahip olması nedeniyle, SARS-CoV-2’nin ara konakçılarını tanımlamak için kullanılabilir.
S proteini, S1 alt biriminin RBD bölgesi yoluyla ACE2’ye bağlanarak, bir trimer formunda konakçı hücrelere viral bağlanmaya aracılık eder. SARS-CoV-2’nin S proteini, 14.7 nM’lik bir ayrışma sabiti (Kd) ile insan ACE2’ye bağlanır, ancak SARS-CoV’nin S’i 325.8 nM’dir. Bu durum, SARS-CoV-2 S’nin ACE2’ye SARS-CoV’den daha duyarlı olduğunu gösterir. SARS-CoV-2 proteinlerinin tanımlanması yoluyla, araştırmacılar SARS-CoV-2 ve SARS-CoV arasında S’de ~% 24 fark bulurken, RBD’de bu farki ~% 23’tür.
Viral füzyon
Viral füzyon, viral genomun konakçı hücreye (yani hücrelerimize) salınmasıyla sonuçlanan viral membran ve konakçı hücre membranının füzyonunu ifade eder. SARS-CoV-2’nin S1 ve S2 alt birimlerinin bölünmesi, füzyonun temelidir. S proteini, konakçı proteazlar tarafından S1 alt birimi ve S2 alt birimi olmak üzere iki parçaya bölünür ve alt birimler, viral füzyon oluşana kadar kovalent olmayan bir formda bulunur. Araştırmacılar, spesifik furin bölünme bölgesinin SARS-CoV-2’nin bölünme bölgesinde bulunduğunu, ancak diğer SARS benzeri CoV’lerde bulunmadığını bulmuşlardır. SARS-CoV-2 veya SARS benzeri CoV’lerde bölünme bölgesinin mutasyonu, SARS-CoV-2’nin S proteininin parçalanmamış bir durumda var olduğunu ancak diğerlerinin esas olarak bölünmüş durumda olduğunu ortaya çıkarmıştır. SARS-CoV-2’nin S proteini, furin benzeri proteazlar tarafından parçalanma olasılığını artıran ve böylece enfektivitesini artıran birden fazla furin parçalama bölgesine sahiptir. Furin benzeri bölünme bölgesi, yüksek derecede patojenik influenza virüsünde de mevcuttur ve 1997’de Hong Kong’daki kuş gribi salgınında gözlemlendiği gibi patojenisitesiyle ilgilidir. Ek olarak, TMPRSS2 gibi konak hücre proteazları, S protein hazırlığı için gereklidir ve SARS-CoV ve influenza A virüsünün girişinde aktive oldukları gösterilmiştir. Viral S proteinini parçaladığı kanıtlanmış bir başka konak hücre proteazı tripsin’dir. Özet olarak, SARS-CoV-2’nin S proteini, SARS-CoV’ninkine benzerdir ve konakçı hücre proteazları, hem SARS-CoV-2 hem de SARS-CoV’nin S protein bölünmesini teşvik etmek için gereklidir. SARS-CoV-2’nin S proteininde belirli bir furin bölünme bölgesinin varlığı, SARS-CoV-2’nin SARS-CoV’den daha bulaşıcı olmasının bir nedeni olabilir.
6-HB oluşumu viral füzyon için gereklidir. SARS-CoV-2’nin N-ucundaki FP ve S2 üzerindeki iki HR bölgesi viral füzyon için gereklidir. S proteininin bölünmesinden sonra, SARS-CoV-2’nin FP’si açığa çıkar ve viral füzyonu tetikler. Bazı özel ligandların etkisi altında, füzyon proteini konformasyonel (yapısal) bir değişikliğe uğrar ve ardından konakçı hücre zarına eklenir (Şekil 1c). Örneğin, influenza A virüsü için ligand H+ iken, HIV için ligand CCR5 veya CXCR4 gibi bir koreseptördür. Viral membran ile konakçı hücre membranı arasındaki mesafe kısalır ve S proteininin HR1 bölgesi, konakçı hücre membranına çok yakınken, HR2 bölgesi viral membran tarafına daha yakındır. Daha sonra, HR2 tekrar HR1’e katlanır, iki HR bölgesi, füzyon çekirdeğinin antiparaleli altı sarmallı bir yapı oluşturur. Viral membran, konakçı hücre membranına doğru çekilir ve ona sıkıca bağlanır ve iki membran birleşir.
S proteinini hedefleyen potansiyel ilaçlar
Viral enfeksiyonda S proteininin temel rolü, aşı gelişimi, antikor bloke edici tedavi ve küçük molekül inhibitörleri için potansiyel bir hedef olduğunu gösterir. SARS-CoV ve MERS-CoV ile benzerlik göz önüne alındığında, SARS-CoV-2’da S’yi hedefleyen potansiyel nAb’ler (nötralize edici antikorlar) ve inhibitörler aşağıda özetlenmiştir (Şekil 3).
SARS-CoV-2’nın S proteinine dayalı antikorlar
S proteini, SARS-CoV-2’nin tüm yapısal proteinlerindeki ana antijen bileşenidir. SAS-CoV-2’nin diğer fonksiyonel proteinlerinden farklı olarak, konakçı immün tepkisinin indüklenmesinden sorumludur ve S proteinini hedefleyen nAb’ler, viral enfeksiyona karşı koruyucu immüniteyi indükleyebilir. SARS-CoV ve MERS-CoV’ye benzer şekilde, SARS-CoV-2’nin nAb’leri üzerine yapılan araştırmalar, esas olarak Ab’leri (monoklonal antikorlar), antijen bağlayıcı fragmanları, tek zincirli değişken bölge fragmanlarını ve S1 RBD, S1’i hedefleyen tek alanlı antikorları (Nbs) içerir ve S2 aracılı füzyonu önlemek için S1 RBD, S1-NTD veya S2 bölgelerini hedeflerler. Şu an, adenovirüs bazlı vektörler ve saflaştırılmış inaktive edilmiş virüs dahil olmak üzere birçok SARS-CoV-2 aşı tipi geliştirme aşamasındadır.
SARS-CoV-2 ve SARS-CoV S proteinleri arasındaki dizi ve çarpıcı yapısal benzerlik, COVID-19’u SARS-CoV S proteinini hedefleyen antikorlarla tedavi etme olasılığını vurgulamaktadır. SARS-CoV-2 RBD ile karşılaştırıldığında SARS-CoV-2, C-terminal bölgesi (SARS-CoV-2-CTD) aracılığıyla hACE2 ile etkileşime girerek reseptör bağlanması için daha yüksek afinite gösterir. RBD, oldukça güçlü nAb yanıtları indükleyebilir ve SARS-CoV-2’ye karşı etkili ve güvenli bir alt birim aşı olarak geliştirme potansiyeline sahiptir. Bağışık farelerden elde edilen SARS-CoV S poliklonal antikorları, SARS-CoV S-MLV’nin (murin lösemi virüsü) istilasını tamamen inhibe ederken, SARS-CoV-2 S-MLV’nin istila oranı ~% 10’a düşürülmüştür. Poliklonal anti-SARS S1 antikoru T62, SARS-CoV S girişini inhibe eder ancak SARS-CoV-2 S psödovirüs partiküllerinin girişini engellemez. Tutarlı bir şekilde, son çalışmalar benzer sonuçlar bildirmiş ve SARS RBD’ye yönelik üç mAb, S230, m396 ve 80R’nin SARS-CoV-2 RBD’ye bağlanamadığını göstermiştir.
Öte yandan, birkaç mAb, SARS-CoV-2’yi etkisiz hale getirmede umut verici sonuçlar göstermiştir. SARS-CoV’ye özgü bir insan mAb’si olan CR3022, SARS-CoV-2 (6,3 nM’lik KD, OctetRED96’da BLI ile ölçülmüştür) ile güçlü bir şekilde bağlanır ve CR3022’nin tek başına veya kombinasyon halinde terapötik olarak geliştirilme potansiyeline sahip olduğunu gösterir. İnsan Ig değişken ağır ve hafif zincirleri ifade eden immünize edilmiş transgenik farelerden hazırlanan S1’i hedefleyen bir mAb’nin, RBD-hACE2 etkileşiminin blokajından bağımsız, bilinmeyen bir mekanizma yoluyla hem SARS-CoV-2 hem de SARS-CoV enfeksiyonlarını nötralize ettiği yakın zamanda gösterilmiştir. Son zamanlarda, birçok bloke edici insan mAb’u (311mab-31B5, 311mab-32D4, 47D11, n3130, n3088, S309, P2C-1F11, P2B-2F6, B38, H4), iyileşmiş COVID-19 hastalarının hafıza B hücrelerinden başarıyla klonlanmıştır. Bu mAb’ler, enfeksiyonu etkili bir şekilde nötralize etmek için özellikle SARS-CoV-2 S’ye bağlanır. Ek olarak, rehabilitasyon sırasında SARS hastalarından veya SARS-CoV S1 ile özel olarak aşılanmış hayvanlardan alınan serumlar, SARS-CoV-2’yi çapraz nötralize edebilir ve S proteini aracılı SARS-CoV-2 girişini azaltabilir (Şekil 3).
Füzyon inhibitörleri
SARS-CoV-2’nin S proteininin stabilitesi SARS-CoV S’den daha düşüktür. Sarbecovirus alt cinsinin çoklu S sekanslarının haritalanması, S2 füzyon bölgesinin S1 alt biriminden daha korunmuş oluğunu ve S1 alt biriminin viral yüzeyde daha fazla açığa çıktığını göstermiştir. SARS-CoV S2 alt birimi, virüs-hücre füzyonuna aracılık etmede ve bunun, HR1 ve HR2’nin 6-HB oluşturmak üzere etkileşime girdiği, böylece virüsün hücre zarına bağlanmasını ve bununla kaynaşmasını sağlayan konakçı hücrelere entegrasyonunda önemli bir rol oynar.
Sıra hizalaması, SARS-CoV-2 HR2’nin SARS-CoV HR2 ile aynı diziye sahip olduğunu gösterir. Bu nedenle, SARS-CoV-2 HR2P (1168-1203 amino asitleri), SARS-CoV-2 füzyonunu ve bir hedef hücreye girişini engellemek için tasarlanmıştır. Şaşırtıcı bir şekilde, HR2P, sırasıyla 0.18 ve 0.98 μM IC50 değerleri ile SARS-CoV-2 S aracılı füzyon ve SARS-CoV-2 psödovirüse karşı inhibe edici aktivite gösterdi. Özellikle, EK1, HCoV S’nin HR1 alanını hedefleyen bir pancoronavirüs füzyon inhibitörüdür. SARS-CoV-2 S2 alt birimi HR1 ve HR2 alanlarının 6-HB çekirdeğinin X-ışını kristal yapısı, birkaç mutant kalıntısının olduğunu göstererek çözülmüştür. HR1 bölgesindeki HR2 bölgesindeki gelişmiş etkileşim ile ilgili olabilir. Daha sonra, EK1’den türetilen bir lipopeptit olan EK1C4 üretildi ve SARS-CoV-2 S aracılı hücre-hücre füzyonunu inhibe ettiği doğrulandı. Beklendiği gibi, SARS-CoV-2 S psödovirüs girişi, orijinal EK1 peptidinden ~ 149 kat daha güçlü olan 15,8 nM IC50 ile EK1C4 tarafından da inhibe edildi. Başka bir sekans bazlı lipopeptid füzyon inhibitörü olan IPB02, SARS-CoV-2 S protein aracılı hücre-hücre füzyonunu ve psödovirüs enfeksiyonunu güçlü bir şekilde inhibe eder.
Peptid füzyon inhibitörlerine ek olarak, şu anda reçete edilen bir anti-HIV proteaz inhibitörü olan nelfinavir mesilat (Viracept), hem SARS-CoV-2 S hem de SARS-CoV S aracılı hücre-hücre füzyonunu baskılar. Viracept, peptid füzyon inhibitörlerine ek olarak bildirilen ilk küçük moleküllü füzyon inhibitörüdür. Ayrıca nelfinavir, S proteininin aktivasyonunda rol oynayan TMPRSS2’nin fonksiyonunu inhibe edebilir. Bu keşif, anti-SARS-CoV-2 terapötiklerinin, özellikle enfeksiyonun erken aşamasında, olası klinik uygulamalarını sağlar.
SARS-CoV-2 S bölünme bölgelerini hedefleyen proteaz inhibitörleri
SARS-CoV-2 girişi, S1 / S2 ve S2 bölgelerinde S proteininin bölünmesini gerektirir. TMPRSS2 ve katepsin B ve L ile yapılan proteoliz, SARS-CoV-2 S’nin giriş için hazırlanmasında önemli bir rol oynar. Camostat mesilat, TMPRSS2’nin güçlü bir serin proteaz inhibitörüdür. SARS-CoV ve SARS-CoV-2 hücre giriş mekanizması üzerine yapılan araştırmalardan yararlanılarak, SARS-CoV-2 hücresel girişinin kamostat mesilat tarafından bloke edilebileceği gösterilmiştir. Camostat mesilatın etkinliğini değerlendirmek için şu anda kayıtlı beş klinik çalışma bulunmaktadır (ClinicalTrials.gov Tanımlayıcı: NCT04321096, NCT04353284, NCT04338906, NCT04355052, NCT04374019). Ek olarak, lizozomlardaki katepinler, endositoz yoluyla SARS-CoV girişi için çok önemlidir. Bir katepsin L inhibitörü olan E-64d, SARS-CoV ve SARS-CoV-2 PsV ile enfeksiyonu engeller. COVID-19 hastaları ile gelecekteki denemeler, E-64d tedavisinin etkinliğini doğrulamaya yardımcı olabilir.
Fosfatidilinozitol 3-fosfat 5-kinaz (PIKfyve), erken endozomlarda PI (3,5) P2 sentezleyen ana enzimdir. PIKfyve35’in güçlü bir inhibitörü olan Apilimod, SARS-CoV S psödovirüsünün erken endozomlar aracılığıyla 293 / hACE2 hücrelerine doza bağımlı bir şekilde girişini önemli ölçüde azaltabilir. 293 / hACE2 hücrelerini başka bir PIKfyve inhibitörü olan YM201636 ile tedavi etmek de benzer bir etkiye sahipti. Ayrıca, iki gözenekli kanal alt tipi 2 (TPC2) olan PI (3,5) P2’nin büyük bir aşağı akış efektörü SARS-CoV-2 girişi için önemlidir ve tetrandrin (bir TPC2 inhibitörü) SARS-CoV aktivitesini inhibe eder. -2 S psödovirüs.
Furin (proprotein konvertaz (PC) subtilisin kexin 3, PCSK3), PC ailesinin bir üyesi olarak, çiftli bazik artıklarda peptit ve protein substratlarının hidrolizini katalize eder. Çarpıcı bir şekilde, SARS-CoV-2 S, SARS-CoV-2 iletiminin etkinliğini artırabilecek S1 / S2 sınırında bir furin bölünme bölgesi (682-685 kalıntı) barındırır. SARS-CoV-2’nin S proteinindeki furin benzeri bölünme bölgesi, viral yaşam döngüsü ve patojenite için etkilere sahip olabilir. Bu nedenle furin inhibitörleri, SARS-CoV-2 için bir ilaç tedavisi olarak kullanılabilir. 1994’ten beri patent literatürü, furin veya inhibitörlerinin hastalıkların tedavisinde kullanımını ve a-1-PDX (α1-antitripsin Portland), heksa-D-arginin (D6R), serpin dahil olmak üzere bildirilen bazı furin inhibitörlerini açıklamaktadır. proteinaz inhibitörü 8 (PI8) ve bir peptidomimetik furin inhibitörü.
SARS-Cov-2 S proteinini hedefleyen antivirüs ilaçlarının geliştirilmesinin gelecekteki yönleri
SARS-CoV-2 S proteini, konakçı hücre reseptörüne bağlanır ve virüs istilası sürecinde hayati bir rol oynayan virüs-hücre membran füzyonunu indükler. Ayrıca, S proteini ile ACE2 arasındaki yüksek afinite, SARS-CoV-2’nin bulaşıcılığını arttırır. Pangolinler, evcil hayvanlar (köpekler ve kediler) dahil olmak üzere memeliler, SARS-CoV ve SARS-CoV-2’den S ile ilişki için anahtar kalıntıları belirlemek için önemlidir. SARS-CoV-2 S’nin yapısının ve işlevinin daha iyi anlaşılması, virüsün istilası ve patogenezi hakkında ek bilgi sağlayacaktır. Bu, antiviral terapötiklerin keşfini ve hassas aşı tasarımını destekleyecektir.
Yapısal bilgi, SARS-CoV-2 S proteininin mutasyonlarının değerlendirilmesine de yardımcı olacaktır. Bu kalıntıların, diğer koronavirüslerden S proteinlerinin bilinen antikor epitoplarına yüzey maruziyetine sahip olup olmadığının belirlenmesine yardımcı olacaktır. Ek olarak, yapısal bilgi, yapılar tarafından üretilen proteinlerin homojen olmasını ve insan mAb’lerini nötralize etmek için bir aday aşı veya B-hücresi probu olarak kullanıldığında en nötralizasyona duyarlı epitopları muhafaza etmesi gereken ön füzyon konformasyonuna katılmasını sağlar. Ayrıca atom düzeyinde ayrıntılar, füzyonu engelleyen küçük moleküllerin tasarımını ve taranmasını sağlayacaktır. SARS-CoV-2 ve SARS-CoV RBD alanları,% 75 amino asit sekans özdeşliği paylaştığından, bu Ab’lerden herhangi birinin yeni ortaya çıkan koronavirüsü nötralize edip etmediğini değerlendirmek için gelecekteki çalışmalar gerekli olacaktır. Genel olarak, SARS-CoV-2’nin S proteini ile ACE2 arasındaki etkileşim, SARS-CoV-2 enfeksiyonu mekanizmasının aydınlatılmasına katkıda bulunmak için daha fazla araştırılmalıdır. Benzer şekilde, S proteininin veya reseptör bağlanma bölgesinin yüksek ekspresyonuna odaklanmak da aşıların geliştirilmesi için büyük önem taşımaktadır.
SARS-CoV-2’nin S2 alt birimi, SARS-CoV S2 alanı ile% 88 sekans homolojisi gösterir ve yapısal olarak korunur. Bu nedenle, bu fonksiyonel motifi hedefleyen antikorların geliştirilmesi, bu iki virüsü ve ilgili CoV’leri çapraz bağlayabilir ve nötralize edebilir. Antiviral peptitler, SARS-CoV-2 membran füzyonunu önler ve potansiyel olarak enfeksiyonun önlenmesi ve tedavisi için kullanılabilir. S2 alt biriminin yüksek oranda korunmuş HR1 alanını hedefleyen EK1C4’ün SARS-CoV-2’ye karşı terapötik potansiyele sahip olmasının beklendiğini belirtmek gerekir. Daha da önemlisi EK1C4, tıbbi özelliklerini artıran, dirence karşı yüksek genetik bariyere sahip olan ve ilaca dirençli mutasyonları kolayca indüklemeyen bir burun damlası olarak kullanılabilir. Diğer yandan, peptid füzyon inhibitörleri klinik olarak yaygın olarak kullanılmayabilir ve düşük biyoyararlanıma sahip olabilir. Bu nedenle, oral küçük moleküllü füzyon inhibitörlerinin geliştirilmesi ana yöndür.
Virüs salgınları seyrinde, dış basınca uyum sağlama yeteneği, virüsün yayılmasını etkileyen önemli bir faktördür. Zarf S proteini ile ilgili olarak, RBD’sinin genindeki rekombinasyon veya mutasyon, farklı konakçılar arasında iletimi teşvik etmek ve daha yüksek bir ölüm oranına yol açmak için meydana gelebilir. Aspartatın (D) pozisyon 614’te glisin (G614) mutasyonu, daha patojenik bir SARS-CoV-2 suşu ile sonuçlanır, bu da koruyucu olmayan bölgeleri hedefleyen antikorlar veya aşılar geliştirmeyi daha zor hale getirir. Hastalığı etkili bir şekilde önlemek için, SARS-CoV-2 S yüzeyinde farklı epitopları tanımlayan farklı mAb’lerin kombinasyonları, kaçış mutantı dahil olmak üzere çok çeşitli izolatları nötralize etmek için değerlendirilebilir.
Şu anda, SARS-CoV-2 enfeksiyonunu tedavi etmek veya önlemek için klinik olarak hiçbir spesifik terapötik veya profilaktik kullanılmamıştır. Çin’de COVID-19’u tedavi etmek için IFN-α (rekombinant insan IFN-α1b, IFN-α2a), remdesivir, klorokin, favipiravir ve lopinavir-ritonavir (Aluvia) gibi spesifik olmayan antiviral ilaçlar klinik olarak kullanılmıştır. Bununla birlikte, NIAID-VRC bilim adamları, mRNA aşı platformu teknolojisinde SARS-CoV-2 S proteinini ifade eden aday bir aşı geliştiriyorlar. Aşının klinik denemelerinin önümüzdeki aylarda yapılması bekleniyor. SARS-CoV-2 S proteininin izlenmesinin sürekli olarak güçlendirilmesi, sonraki yeni ilaç geliştirme ve COVID-19’a karşı koruma için büyük önem taşımaktadır.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder