A SARS-CoV-2 tüske-fehérjéjének mutációi

A SARS-CoV-2 replikációban bekövetkező hibák mutációkat okoznak a genomjában. Ez hozza létre a variánsokat. Bár a SARS-CoV-2 replikációja során állandóan képződnek mutációk, de ezek közül csak kevés van, ami felelős az átvihetőségért és a megbetegedés súlyosságáért. A kutatások ezen mutációk pontos szerepének megismerését célozzák.

A 2020 őszén elsőként az Egyesült Királyságban igazolt Alfa(brit) variáns 45%-71%-kal könnyebben átvihető volt, mint a Wuhanból, Kínából induló eredeti („vad típusú”) SARS-CoV-2. Az Alfa által okozott betegség ráadásul súlyosabb volt, mint ami a wuhani nyomán keletkezett.  

Az Alfa variáns genomjában 23 mutáció található, közülük 9 a tüske-fehérjét kódoló génben. A különböző variánsokban többszörös tüske-fehérje mutációkat figyeltek meg, ezek közül néhány a fokozott átvihetőségért felelős.

A tüske-fehérje a SARS-CoV-2 felszínén expresszálódik, és ez teszi lehetővé, hogy a vírus az emberi sejtek felszínén lévő angiotenzin-konvertáló enzim-2 receptorokhoz kötődjön. A humán sejteken expresszált furin bizonyos specifikus helyeken hasítja a tüske-fehérjét, ez a hasítás szükséges ahhoz, hogy a vírus bejusson a légutak epitheliális sejtjeibe és a tüdő sejtjeibe.  Az Alfa variáns tüske-fehérje génjében kialakult egyik mutáció a furin hasítás helyét érinti. Az ezen a helyen bekövetkező szekvencia-változások befolyásolhatják a SARS-CoV-2 transzmissziós képességét. Az iScience-ben megjelent kutatási eredmények azt igazolták, hogy az Alfa variáns furin-hasítási helyén lévő mutációk befolyásolják a vírus fertőzőképességét és az emberi sejtekben való replikációs képességét.

Biokémiai próbák

E mutáció szerepének, jelentőségének megértéséhez alkalmazott (a genetikai információk segítségével a fehérjék szerkezetét „megjósló”) bioinformatikai módszerek arra utaltak, hogy az Alfa variáns furin-hasítási helyén keletkező mutáció miatt a humán sejtek furin enzimje kissé fokozott mértékben hasítja a tüske-fehérjét. A SARS-CoV-2 vírus „vad-típusának” és Alfa variánsának furin-hasítási helyeket tartalmazó rövid fragmentumainak inkubálása révén kimutatták, hogy az Alfa variánsból származó fehérje-fragmentumban egy bizonyos ph értéken kissé nagyobb hasítás következett be, mint a vad típusból származónál.

Bejutás a sejtbe

A kutatók ezután pszeudo-partikulumokat használtak annak megállapítására, hogy a furin hasítási helyen lévő mutáció hogyan befolyásolja a SARS-CoV-2-nak az emberi sejtbe való bejutását. A pszeudo-részecskék a SARS-CoV-2-tól eltérő, specifikus SARS-CoV-2 proteint expresszáló, pótló jellegű vírusokból állnak. Alapvető tulajdonságuk, hogy képesek megfertőzni a sejtet, de nem tudnak megkettőződni, azaz veszélytelenek. A vad típusú, valamint az Alfa variáns tüske-fehérjéjét expresszáló pszeudo-részecskék mellett a vizsgálatban harmadikként egy olyan pszeudo-partikulumoot is használtak, mely a vad típusú SARS-CoV-2 tüske-fehérja Alfa variánsban található változatának egyik módosított formáját expresszálta.

Ezzel a három, különböző tüske-fehérjét expresszáló pszeudovírussal fertőzték meg a laboratóriumban tenyésztett vese-sejteket, az u.n. Vero sejteket. A SARS-CoV-2 két fő úton tud bekerülni a sejtbe. Az egyikben a humán sejtek felszínén lévő TMPRSS2 enzim segítségével a vírus borítékja a humán sejtek membránjával fuzionál. A másik eshetőség az, hogy a vírust a humán sejtben lévő endoszomák nyelik el. A kutatók a Vero sejtek két típusát használták: az egyik TMPRSS2-őt expresszált, és a fúziónak kedvezett, míg a másik az endoszomás bejutást favorizálta. A három, eltérő tüske-fehérjét expresszáló pszeudovírus azonos mértékben volt képes megfertőzni a Vero sejteket. Az Alfa variáns tüske-fehérjéjének furin-hasítási helyén lévő mutációk jelenléte tehát nem segítette elő a sejtbe való bejutást- sem a TMPRSS2 úton, sem az endoszomális úton.

A veséből származó Vero sejtek után az emberi légúti traktusból származó, laboratóriumban tenyésztett sejteket fertőztek meg a háromféle tüske-fehérjét expresszáló pszeudo-részecskékkel. Az Alfa-variáns tüskéjét expresszáló pszeudo-részecske kissé hatásosabban fertőzte meg a légúti sejteket, mint a „vad-típusú” tüskéjű. Érdekes módon a furin-hasítási helyen a „vad-típusú” SARS-CoV-2 tüskét hordozó pszeudo-részecskék nem különböztek a „vad-típusú” vírustól abban a képességükben, hogy meg tudják fertőzni a légúti sejteket. A légúti sejtekkel végzett vizsgálatok tapasztalatai arra utalnak, hogy valószínűleg az egyetlen furin-hasítási helytől eltérő egyéb mutációk lehetnek felelősek az Alfa variáns megnövekedett fertőző- és megbetegítő képességéért.

Replikáció és sejtfúzió

A „vad-típusú” SARS-CoV-2 és az Alfa variáns replikációs képességének a két Vero sejtvonalban és a humán légúti sejtekben történő összehasonlításakor mindhárom sejttípusban egyforma vírus-titert lehetett megfigyelni, ami arra utal, hogy az Alfa variáns nem replikálódik jóval gyorsabban, mint a „vad-típusú” SARS-CoV-2. A SARS-CoV-2 tüske-fehérje mediálja a fertőzött sejtek és a szomszédos – nem fertőzött - sejtek fúzióját, így meggyorsítja a vírus szóródását a tüdők felé. Mivel az Alfa variáns és a „vad-típusú” SARS-CoV-2 egyformán képes fertőzni és replikálódni az emberi sejtekben, a kutatók a tüske-fehérjék sejtfúziót kiváltó képességét kezdték vizsgálni: kiderült, hogy az Alfa variáns tüskéje nem fokozta Vero sejtvonalakban a sejtfúziót. Az Alfa variáns tüske-fehérjéjének furin hasadási helyén lévő specifikus változások tehát növelhetik a tüske fehérje hasadását, de ez nem fokozza a variáns azon képességét, hogy megfertőzze az emberi sejteket és replikálódjon bennük.

A furin hasadás és a variánsok

A 2020 vége felé Indiában azonosított, elődeinél jóval fertőzőbb és súlyosabb betegségeket okozó Delta variáns furin-hasadási helyén, az Alfa variánshoz hasonlóan szintén van – az Alfáétól különböző- mutáció, és ez a mutáció növeli a furin-hasítás mértékét. Ez a mutáció fokozza a Delta sejtekbe történő behatolásának mértékét, az általa előidézett sejt-sejt fúziót és a betegség súlyoságát. A 2021 novemberében megjelent Omicron variánsnak az Alfa variánséval megegyező mutációja van, az „Omicron nagy lépést tett visszafelé az evolúciós pályáján.” Az általa okozott fertőzések során a célsejtek korábbi vírusvariánsok okozta fúziója teljesen hiányzik.

Forrás:

Deep Shukla. (Fact checked by Rita Ponce PhD). COVID-19: Alpha’s mutations provide insight into Omicron. Medical News Today. January 20, 2022.

Lubinski B, Fernandes MHV, Frazier L, et al. Functional evaluation of the P681H mutation on the proteolytic activation of the SARS-CoV-2 variant B.1.1.7 (Alpha) spike. iScience. 25(1). 21 January 2022, 103589. https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.103589