Смоделирован пептид, который заставляет клетку убивать коронавирус

Ученые из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института под руководством Джорджа Черча и Джозефа Джейкобсона, смоделировали пептид на основе человеческого рецептора АСЕ2. Этот пептид связывает коронавирус SARS-CoV-2, а после связывания привлекает к нему убиквитиновую метку, способствующую протеасомной деградации вируса.

S-белок формирует шипы на поверхности вириона SARS-CoV-2 и взаимодействует с рецептором ACE2; за связывание отвечает рецептор-связывающий домен (RBD) S-белка. Существуют две формы ACE2: связанная с мембраной и растворимая, sACE2, которая в мембране не заякорена и циркулирует в крови.

Известно, что sACE2 может служить конкурентным перехватчиком SARS-CoV-2 и тем самым предотвращать проникновение вируса в клетку. Однако sACE2 также способен связывать другие биологические молекулы in vivo, например интегриновые рецепторы, что чревато побочными эффектами. Поэтому ученые решили смоделировать in silico пептидные фрагменты АСЕ2, которые связываются с RBD, как самым функционально значимым участком S-белка, но минимально взаимодействуют с интегриновыми рецепторами.

Ученые взяли структуру RBD SARS-CoV-2 из банка данных белков и использовали программное обеспечение под названием Rosetta для моделирования продукта с нужными свойствами. Пептиды с самой высокой энергией связывания для RBD вирусов SARS-CoV и SARS-CoV-2 и самым слабым связыванием с офф-таргетными молекулами были отобраны для дальнейшей работы: всего 26 з 188 исходных пептидов. (Белок вируса атипичной пневмонии SARS-CoV использовали для того, чтобы продемонстрировать устойчивость пептидов к вирусной эволюции.)

Далее нужно было реализовать идею с деградацией вируса, меченного пептидом. Ее протестировали на клетках HEK293T человека. Для этого использовали коэкспрессию убиквитинлигазы TRIM21, которая прочно связывается с Fc-доменом антител и активирует протеасомную деградацию белков — мишеней этих антител. Соответственно, к С-концу пептидов-кандидатов присоединили Fc-домен. Чтобы наблюдать за деградацией RBD, его соединили со стабильным флуоресцентным маркером — GFP-суперфолдером (RBD-sfGFP).

Для проверки отобрали два наиболее компактных пептида-кандидата, 18-мер и 23-мер, а также 148-мер с наибольшей аффинностью к RBD. Их сравнили с sACE2 и пептидом из другого исследования, который, как предполагалось, прочно связывает RBD, по способности вызывать деградацию комплекса RBD-sfGFP. Среди них только 23-мер показал уровни деградации, сопоставимые с полноразмерным sACE2: число клеток, содержащих RBD-sfGFP и флуоресцирующих, снизилось на 20%.

Чтобы улучшить этот результат, ученые провели мутационное сканирование 23-мера и выбрали восемь подходящих мутаций, одна из которых, обозначенная A2N, снизила число флуоресцирующих клеток на 50%.

В окончательном варианте уже не требовалась коэкспрессия TRIM21: RBD-связывающие пептиды слили с модифицированным доменом убиквитинлигазы E3 CHIP Δ TPR. Таким образом, получилась конструкция, которая и распознавала вирус, и обрекала его на уничтожение в протеасоме (см. рис. 3с из статьи). В такой конструкции 23-мер с оптимизирующей мутацией успешно подавлял инфекцию культивируемых клеток псевдовирусом, содержащим S-белок коронавируса. При этом авторы подтвердили, что это происходит не из-за конкурентного взаимодействия с вирусом вне клетки, а именно из-за деградации клеточной протеасомой.

Авторы считают, что их платформа имеет преимущества по сравнению с недавно предложенной стратегией PAC-MAN, которая предполагает использование CRISPR против коронавирусов и вирусов гриппа. Предложенная ими конструкция компактнее и состоит из фрагментов человеческих белков, что снижает потенциальный риск иммуногенности. По их мнению, это жизнеспособная альтернатива существующим стратегиям медикаментозной борьбы с COVID-19.