Свободные частицы белка S1 от SARS-CoV-2 могут играть роль в патогенезе инфекции COVID-19

Свободные частицы белка S1 от SARS-CoV-2 могут играть роль в патогенезе инфекции COVID-19 1

Дисбаланс ренин-ангиотензиновой системы в настоящее время рассматривается как потенциально важный фактор патогенеза болезни COVID-19. Ранее в модели мышей было показано, что экспрессия ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE2) на поверхности клетки понижается в ответ на инфекцию только вирусом SARS-CoV или рекомбинантным шиповым белком (S-белком). В случае естественной инфекции кровообращение S-белка в растворимой форме маловероятно. Однако в SARS-CoV-2 во время морфогенеза вириона предварительно обрабатывается большая доля тримеров S-белков из-за наличия места расщепления протеазы фурина между субъединицами S1 и S2. Таким образом, переход S-белка в конформацию слияния может сопровождаться отделением субъединиц S1, несущих рецепторосвязывающие домены, от мембранных субъединиц S2. Судьба частиц S1, сбросившихся из-за спонтанного «обжигания» некоторых тримеров S-белка, выставленных на вирионы и на поверхности инфицированных клеток, никогда не исследовалась. Мы предполагаем, что растворимые субъединицы S1 белка SARS-CoV-2 S, сброся из инфицированных клеток и из вирионов in vivo, могут связываться с ACE2 и снижать экспрессию поверхности клетки этого белка. Снижение активности ACE2 на фоне постоянной или повышенной активности ACE в легких может привести к распространенности эффектов ангиотензина II по сравнению с эффектами ангиотензина (1-7), тем самым способствуя тромбозу, воспалению и повреждению легких. Эта гипотеза также предполагает связь между менее выраженным линькой частиц S1, о которых сообщается для белка S, несущего мутацию D614G (по сравнению с белком дикого типа D614), и отсутствием повышенной тяжести инфекции COVID-19, вызванной штаммом SARS-CoV-2 мутанта (D614G), несмотря на его

Пандемия COVID-19, которая уже привела к гибели около двух миллионов человек во всем мире, вызвана коронавирусом SARS-CoV-2, который, скорее всего, был передан от животного хозяина людям в конце 2019 года. SARS-CoV-2 тесно связан с коронавирусом летучих мышей RaTG13; однако было предложено существование временного хозяина (вероятно, панголина). Считается, что адаптация SARS-CoV-2 к человеческому хозяину произошла в основном путем приобретения новой последовательности рецепторно-связывающего домена (RBD) белка хвостового шипса (S), который эффективно распознает человеческий ангиотензинопревращающий фермент 2 (ACE2). Хотя связанный с ним вирус SARS-CoV также распознает ACE2 в качестве своего клеточного рецептора, только 8 из 14 остатков аминокислот (а.а.), участвующих во взаимодействии RBD с ACE2, сохраняются между SARS-CoV и SARS-CoV-2.

Вступление коронавируса в клетку-хозяина требует расщепления белка S на стыке между субъединицами S1 и S2 протеазами-хозяином. Это расщепление может произойти после прикрепления вириона (протеазой поверхности клетки TMPRSS2) или в лизосомном отсеке после интернализации вируса. Протеолитическая обработка белка S позволяет субъединице S1 диссоциироваться, вызывая перестановку субъединицы S2 в ее расширенную конформацию, необходимую для начала слияния вирусных и лизосомных мембран.

Однако при некоторых коронавирусах обработка белка S происходит во время сборки вириона в комплексе Гольджи и требует наличия места распознавания протеазы фурина на стыке между субъединицами S1 и S2. В SARS-CoV-2 вставка последовательности 4-a.a. PRRA после a.a. 675 в белок S создала сайт расщепления фурина RRAR, обеспечивающий эффективную обработку S-белка в вирусопроизирующей клетке. Предварительная обработка белка S перед выпуском вируса делает инфекцию более эффективной и потенциально может позволить некоторым вирусным частицам проникнуть в клетки-хозяева непосредственно через плазменную мембрану, не попадая в лизосомный компартмент. Более эффективный вход SARS-CoV-2 в клетки-хозяина вместе с более высоким сродством его RBD к рецептору (по сравнению с SARS-CoV RBD, которому также отсутствует сайт расщепления фурина) может компенсировать снижение доступности SARS-CoV-2 RBD для связывания ACE2. Действительно, в большинстве тримеров белка SARS-CoV-2 S два из трех RBD остаются в закрытой конформации, которая защищает RBD от факторов иммунитета хозяина (например, антител), но также предотвращает распознавание рецепторов, в то время как в SARS-CoV все три RBD находятся в «открытой» конформации на большинстве шипов.

Как и при всех вирусных пневмониях, патология COVID-19, а также атипичной пневмонии определяется демедитированным вирусом разрушением эпителиальных клеток легких и, даже в большей степени, побочными эффектами реакции иммунной системы на инфекцию.

Перейти к:
ГИПОТЕЗА И ОБСУЖДЕНИЕ
Однако тот факт, что как SARS-CoV, так и SARS-CoV-2 признают ACE2 в качестве рецептора, породил гипотезу о том, что в дополнение к вышеупомянутым механизмам (которые могут еще больше усугубиться вторичной бактериальной инфекцией) патология COVID-19 или SARS может в значительной степени ассоциироваться с вызванным вирусом дисбаланс.

ACE2 — это клеточно-поверхностная металлопротаза (карбоксипептидаза), которая преобразует декапептид ангиотензина I в неапептид ангиотензина, в отличие от фермента ACE1 (или ACE), который преобразует ангиотензин I в физиологически активный ангиотензин II [или ангиотензина] октапептид. Ангиотензин, генерируемый ACE2, может быть дополнительно обработан в ангиотензин гептапептид ферментом ACE1. Ангиотензин II, в свою очередь, может быть обработан в ангиотензин ACE2. При нормальных физиологических условиях ангиотензин II повышает артериальное давление из-за сужения сосудов; в то же время он способствует местному воспалению, коагуляции крови, тромбозу и фиброзу, повышает капиллярную проницаемость и вызывает отек. Ангиотензин оказывает противоположное действие, то есть уменьшает воспаление, тромбоз и фиброз и вызывает вазодилатацию. Поэтому увеличение экспрессии поверхности клетки ACE1 и/или понижение экспрессии поверхности клетки ACE2 может привести к более выраженному повреждению легких.

Было продемонстрировано, что инфекция SARS-CoV у мышей снижает экспрессию поверхности клеток ACE2 [9-11]. Было высказано предположение, что прикрепление вируса к молекулам ACE2 вызывает их удаление с поверхности клетки путем коэндоцитоза с вирусом, тем самым снижая активность ACE2. Это приводит к дисбалансу между ангиотензином II и ангиотензином в ткани легких и способствует тромбозу и повреждению легких.

Мы считаем, что прямое механическое удаление молекул ACE2 вирионной прикрепкой вряд ли значительно повлияет на общую активность этого фермента в легких, так как это потребует одновременного прикрепления вируса к значительной части клеток, продуцирующих ACE2 (таких как альвеоциты II). Прямое повреждение эпителиальных клеток при такой высокой вирусной нагрузке было бы несовместимо с выживанием пациента. Тем не менее, зарегистрированная смертность даже в тяжелых случаях COVID-19 является умеренной и, насколько нам известно, до сих пор не было зарегистрировано ни одного случая COVID-19 с чрезвычайной вирусной нагрузкой.

Интересно, что авторы продемонстрировал, что снижение уровня ACE2 у мышей может быть вызвано не только инфекцией SARS-CoV, но и рекомбинантным белком SARS-CoV S. Мыши, предварительно обработанные (i.p.) этим шиповым белком, не проявляли значительной патологии, однако, когда эти животные были экспериментально привиты кислотой, предварительная обработка шипового белка привела к повышенной тяжести повреждения легких. Таким образом, синтезированный в значительном молярном избытке по отношению к вирусным частицам, S-белок может фактически опосредовать понижение регуляции экспрессии поверхности клеток ACE2 и дисбаланса RAS. Было показано, что S-белки коронавирусов мышей и SARS-CoV доставляются на поверхность клетки, предположительно, в качестве побочных продуктов сборки и высвобождения вируса. Эти молекулы могут вызывать некоторые физиологические эффекты, такие как микропиноцитоз и/или слияние мембран соседних клеток; однако S-белок всегда остается прикрепленным к зараженной клеточной мембране. Стоит отметить, что несколько копий S-белка также присутствуют на поверхности вирусных частиц, высвобождаемых из инфицированных клеток в среду.

Читайте также:   Вторая волна, теперь официально

Недавно это было продемонстрировано прямой криоэлектронной и просвечивающей электронной микроскопией что большинство тримеров S-белка на поверхности культивируемых частиц SARS-CoV-2 in vitro существуют в конформации после слияния. Другими словами, диссоциация субъединиц S1 происходит до связывания рецепторов. Хотя в этом исследовании диссоциация субъединиц S1 может быть частично вызвана градиентной центрифугированием, используемой для очистки вируса, или инактивацией вируса 0,05% β-пропиолактоном, результат показывает, что диссоциация субъединицы S1 в обработанных шипах SARS-CoV-2 может быть вызвана относительно мягкими условиями или происходить спонтанно. Недавно также было продемонстрировано линька субъединиц S1 из жизнеспособных частиц лентивируса, псевдотипированных белком SARS-CoV-2 S, подтверждая возможность спонтанного «обжигания» S-белка.

Мы предполагаем, что инфицированные клетки и вирионы могут избавиться от значительного количества свободных растворимых субъединиц S1 (фигура).

Свободные частицы белка S1 от SARS-CoV-2 могут играть роль в патогенезе инфекции COVID-19 2
Уположное вовлечение свободных субъединиц S1 белка SARS-CoV-2 S в инфекцию COVID-19. Спонтанное «обжиг» тримеров S-белка на поверхности вирионов и инфицированных клеток освобождает свободные частицы S1, содержащие RBD. Связывание этих частиц S1 с ACE2 может привести к снижению экспрессии поверхности клеток ACE2 и дисбалансу RAS.

Молекулы S1 несут неповрежденные домены RBD, и их связывание с ACE2 может вызвать понижение регуляции ACE2 и вредные последующие эффекты, как это было предложено ранее.

Если наша гипотеза верна, высвобождение свободных частиц S1 из инфицированных клеток и вирионов должно снизить вирусную инфекционность по отношению к соседним клеткам, уменьшите количество молекул рецепторов ACE2 на их поверхности. Поэтому можно предсказать две стадии инфекции SARS-CoV-2 в легких:

1) Вирус заражает определенные локусы, в которых производство свободного белка S1 вызывает понижение регуляции ACE2 в неинфицированных клетках в непосредственной близости от зараженных вирусом клеток. Одновременно экспрессия ACE2 на более отдаленных клетках (те, которые еще не столкнулись с частицами S1) может быть увеличена из-за эффекта интерферона производится инфицированными клетками. Локальный дисбаланс уровней ангиотензина II/ангиотензина также может вызвать компенсаторное увеличение ACE2 в клетках, не затронутых вирусом (хотя такая компенсаторная схема еще не описана, было бы логично предположить, что она может существовать). Поэтому будет облегчено распространение вируса на больших расстояниях (например, на другие альвеолы). В то же время повреждение тканей, вызванное вирусом, будет ограничено.

2) Когда больший объем ткани инфицирован, свободный S1 вырабатывается в больших количествах, а дисбаланс RAS индуцируется на уровнях органов или организма, что приводит к таким вредным эффектам, как повышенное воспаление, тромбоз и повреждение легких (как предлагалось ранее). Одновременно производство вируса будет сокращено из-за снижения регуляции экспрессии ACE2 в инфицированных участках легких.

Эта модель хорошо соответствует клиническим наблюдениям в случаях COVID-19: Патологический процесс часто развивается быстро и включает в себя большие участки легких с частой двусторонней пневмонией (этап I нашей модели). В то же время пациенты часто чувствуют себя относительно хорошо, несмотря на то, что значительная часть их легких страдает по данным радиологического обследования. За этим может последовать резкое ухудшение состояния пациента за несколько часов или дней (поздний этап I и II этап).

Предлагаемая модель предсказывает, что ранее предложенные клинические вмешательства, направленные на поддержание баланса RAS будет иметь синергетический эффект с ингибиторами протеазы, особенно с ингибиторами фурина. Хотя данные in vitro показывают, что отсутствие предварительной обработки фурина белка SARS-CoV-2 S может быть компенсировано расщеплением после прикрепления другими протеазами, наша модель предполагает, что ингибирование фурина не только уменьшит вирусную инфекционность, но и уменьшит линьку свободных частиц S1 как из вирионов, так и из инфицированных клеток, тем самым смягчив повреждение тканей, вызванное дисбалансом RAS.

Недавно были описаны изоляты SARS-CoV-2 с мутацией D614G в белке S. За короткий период времени эти варианты мутантов приобрели доминирование во многих областях, где они были найдены. Было продемонстрировано, что мутация D614G снижает стабильность тримера S-белка и облегчает переход RBD в открытую конформацию. Эта мутация повышает общую вирусную инфекционность и пригодность, увеличивает сродство фурина, связывающего с белком S и способствует репликации вирусов. Однако нет никаких признаков того, что мутация D614G связана с более тяжелыми симптомами инфекции COVID-19. Удивительно, но, несмотря на то, что эта мутация дестабилизирует тример, было показано, что линька S1 от лентивирусов, псевдотипированных белком мутанта D614G SARS-CoV-2 S был значительно уменьшен по сравнению с белком дикого типа D614. Наша гипотеза предполагает, что снижение линьки S1 может быть одним из факторов, ограничивающих заболеваемость и смертность инфекции D614G SARS-CoV-2, несмотря на более высокую инфекционность вируса и более высокие вирусные нагрузки, наблюдаемые для вируса мутанта.

Эксперименты по проверке нашей гипотезы о S1-опосредованном патогенезе инфекции COVID-19 могут быть относительно простыми и понятными и могут включать количественные измерения концентрации частиц S1 в инфицированных SARS-CoV-2 клеточных культурах, изоляцию частиц S1 ультрафильтрацией сверхнатанта клеточной культуры, экспериментальное тестирование связывания этих частиц с рецепт

Следует также отметить, что свободные молекулы S1 могут представлять собой мишень для терапии или профилактики COVID-19. Отделение субъединицы S1 от субъединицы S2 обнажает потенциальные эпитопы, свободные от гликанов, которые обычно защищают внешнюю поверхность всего белка S. Таким образом, иммунизация рекомбинантными белками, которые вызовут реакцию антител против этих консервативных и незащищенных эпитопов, может привести к секвестрации свободных молекул S1 в иммунные комплексы и их последующей ликвидации, что снизит вероятность тяжелой пневмонии COVID-19.

(с) US National Library of Medicine National Institutes of Health

Автор публикации

не в сети 5 часов

Диана

327
Ехидственная эссенциальность экзистенциальной сущности развращенно извращенной натуры.
День рождения: 24 Ноября
Комментарии: 251Публикации: 660Регистрация: 12-04-2016
РЭНБИ
Комментарии: 2
  1. Диана (автор)

    В настоящий момент существуют следующие гипотезы, способные объяснить происхождение длительного COVID-19.

    Гипотеза прямого повреждения органов (после перенесённого COVID-19).
    Фиброзы, поражения эпителия сосудов и органов, нарушение работы рецепторов ACE, приводящее к органной дисфункции.
    Сюда же можно отнести поражение нервной системы и блуждающего нерва, в частности, разбалансировка симпатмческой и парасимпатической систем.

    Теория персистенции вируса и его останков (спайк-белка, РНК, самого вируса)
    Эта гипотеза, хотя и является непопулярной, все более становится реалистичнее, по мере роста исследований иммунных клеток, по крайней мере первые месяцы после болезни. В свою очередь эта гипотеза могла бы объяснять и ряд дисфункций в обмене веществ: гипометаболизм, оксидативный дисбаланс, синдром активации тучных клеток MCAS, аутоиммунные реакции.

    Гипотеза аутоиммунитета и аутоантител.
    У лонгковидников всё чаще обнаруживаются антитела как к собственным тканям, белкам, так и к некоторым цитокинам, интерферону и даже к другим антителам.

    Гипотеза волн ДВС-синдрома, проблемы со свертываемостью крови, смены гипо- и гиперкоагуляции. Микротромбы, нарушаюшие функцию работы органов.

    Гипотеза реактивации спящих вирусов: герпес, ЦМВ- инфекции, ВЭБ.

    0
  2. Диана (автор)

    Постараюсь в ближайшее время выложить цикл статей касающихся коронавируса и вакцинации

    — Белки SARS-CoV-2 связывают гем и гемоглобин

    — TNF и повышенная поляризация внутриклеточного железа изменяют макрофаги на вредный фенотип M1 в поврежденном спинном мозге

    — Роль железа в патогенезе COVID-19 и возможное лечение лактоферрином и другими хелаторами железа

    — COVID-19: гемоглобин, железо и гипоксия вне воспаления. Повествовательный обзор

    — Есть ли связь обмена железа с течением СOVID-19?

    — Сходство отдаленных последовательностей между гепсидином и новым гликопротеином шипа коронавируса: потенциальный намек на возможность локальной дисрегуляции железа при COVID-19

    — Перегрузка железом и избыточная экспрессия гепсидина могут играть ключевую роль в инфекции COVID и могут объяснять уязвимость у пожилых людей, диабетиков и пациентов с ожирением.

    — Анемия и метаболизм железа при COVID-19: систематический обзор и метаанализ

    — Синдром гиперферритинемии: синдром активации макрофагов, болезнь Стилла, септический шок и катастрофический антифосфолипидный синдром.

    0
Добавить комментарий
Авторизация
*
*
Регистрация
*
*
*
*
Ваш день рождения * :
Число, месяц и год:
Отображать дату:
Генерация пароля