Cell重磅:新冠病毒跨物种传播的关键突变被发现

2021
07/15

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生物世界
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来源 | 生命科学前沿


截至2021年7月初,SARS-CoV-2已在全球范围内造成超过1.88亿人感染,导致超过400万人死亡。研究发现,一些蝙蝠和穿山甲来源的病毒与SARS-CoV-2的关系更为密切。蝙蝠冠状病毒RaTG13最初于2013年在中国从嗜鼻蝙蝠中分离,在整个基因组中与SARS-CoV-2具有96%的核苷酸同源性。同样,在马来穿山甲中发现的几种病毒与SARS-CoV-2密切相关,S蛋白受体结合域(RBD)氨基酸同源性高达97.4%,这表明SARS-CoV-2为人畜共患病病毒。然而,SARS-CoV-2跨物种传播的确切起源和机制尚不清楚。


2021年7月6日,美国弗吉尼亚理工学院的研究人员在 Cell 期刊发表了题为:A selective sweep in the Spike gene has driven SARS-CoV-2 human adaptation 的研究论文。


该研究通过对182000个SARS-CoV-2基因组进行分析发现:


1、一个重要的碱基突变标签 (A1114G) ,其突变后表达的氨基酸T372A位于S抗原RBD内。
2、T372A突变可以减少病毒表面糖基,从而增强病毒与宿主受体hACE2的结合能力。

3、T372A单一突变是SARS-CoV-2适应人类宿主的关键突变。T372A 突变增强了病毒在人类细胞中的传播能力,并且这种影响比D614G的变化要大得多。



碱基突变标签A1114G的发现


在病毒感染过程中,棘突蛋白在受体识别和细胞膜融合过程中起重要作用。研究者通过比较分析SARS-CoV-2和其他四种Sarbecovirus成员(一种穿山甲冠状病毒和三种蝙蝠冠状病毒)基因组序列,总共确定了六个保守基因位点。值得注意的是,只有一个位点(A1114G;基因组位置22676)位于扫描区域的中心,这在棘突蛋白的密码子位置372内。在人类SARS-CoV-2中,372位置的氨基酸苏氨酸被丙氨酸(Thr372Ala)取代。



对 WT(A372)、T372 和 G614 SARS-CoV-2病毒 S 蛋白进行分子建模发现,在 T372 变体中观察到 N370 处 N-连接糖基化的可能性增加,因为苏氨酸突变提供了标准的 N-连接糖基化位点基序(NXT/S)和溶剂可及的表面积N370。G614 的结构分析未表明 S 蛋白结构的任何主要局部修饰,也不接近 RBD。此外,残基 G 614 与糖基化位点(N616)非常接近,但与 D614 相比,G614 突变没有改变糖基化的可能性或一般表面特性。



回复突变验证与hACE2的结合能力


研究者试图使用功能性 ELISA实验验证WT (A372)、A372T 和 N501Y 的 RBD 与hACE2的结合能力。结果显示,N510Y 突变体的 50% 有效剂量(EC50)(5.83±0.94 ng/mL)低于 WT(12.48±1.26 ng/mL),表明N510Y突变使刺突蛋白对 hACE2 的结合亲和力更强。相比之下,A372T 突变体的 EC50值明显更高(26.29±0.08 ng/mL),表明与 WT 相比,A372T 突变使Spike与 hACE2 的相互作用变弱。总之,这些结果表明 SARS-CoV-2 祖先病毒中发生的S蛋白 T372A 突变增强了与 hACE2 的亲和力。


T372A 突变增强病毒在人类细胞中的传播能力


研究者进一步评估了每种病毒(WT、S蛋白A372T 和 S蛋白D614G)在 Vero E6 和 Calu-3 细胞系、猴肾和人肺上皮细胞系中的复制动力学。在 Vero E6 细胞中感染后,所有三种病毒的病毒滴度都迅速上升,并且在病毒之间仅观察到峰值滴度的微小差异。在 Calu-3 细胞中,D614G 突变体在感染后 1 天(dpi)产生显着高于WT的滴度,但其余时间点的水平相似。


WT和A372T突变体在感染后24小时未观察到差异,但稍后的时间点显示 A372T 突变体的复制显着减少。与WT相比,D614G在1、2、3和4dpi上的病毒滴度分别为2.9、2.9、1.3和0.8倍;相反,与野生型相比,A372T滴度在1、2、3和4dpi上分别降低1.8、5.5、31.1和64.1倍。这些数据表明,T372A 突变增强了病毒在人类细胞中的传播能力,并且这种影响比D614G的变化要大得多。



这项研究通过分析182000个SARS-CoV-2基因组,发现了一个重要的碱基突变标签(A1114G),其突变后表达的氨基酸T372A位于S抗原RBD内。T372A突变可以减少病毒表面糖基,从而增强病毒与宿主受体hACE2的结合能力。体外回复突变实验显示实验表明:


T372A RBD以更高的亲和力结合hACE2,A372(WT-SARS-CoV-2)相对于其原型T372增强了SARS-CoV-2在人肺上皮细胞的传播能力,T372A对病毒的复制增强效果比D614G突变要强的多。


论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.07.007

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关键词:
新冠病毒,突变体,传播,病毒,蛋白,细胞

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