Связывание «кармана» коронавирусов с линолевой кислотой препятствует заражению

Патогенные вирусы SARS-CoV-2, SARS-CoV, MERS-CoV и эндемичные, вызывающие простуду вирусы HCoV-OC43 и HCoV-HKU1 принадлежат к роду β-коронавирусов (β-CoV) из семейства Coronaviridae. Во время пандемии возникло множество вариантов SARS-CoV-2, вызывающих опасения (variants of concern, VOC). Это те варианты вируса, у которых повышена трансмиссивность, высок риск повторного инфицирования и снижена эффективность от применения вакцин. 

Для коронавирусов характерно наличие S-белка, который находится на поверхности и связывается с рецепторами клеток-мишеней, опосредуя проникновение в организм. В клетках хозяина под воздействием протеаз S-белок SARS-CoV-2 разрушается на фрагменты S1 и S2. S1 состоит из N-концевого домена (NTD), рецептор-связывающего домена (RBD) с рецептор-связывающим мотивом (RBM) и двух С-концевых доменов. До слияния с клеткой RBD может быть открыт или закрыт в зависимости от конформации S-белка. S-белки вирусов SARS-CoV и SARS-CoV-2 нуждаются в открытой конформации для взаимодействия с ACE2.

В предыдущих исследованиях ученые из Бристольского университета и коллабораторы обнаружили свободную жирную кислоту, связанную с гидрофобным «карманом» в RBD S-белка SARS-CoV-2. Масс-спектрометрия определила эту кислоту как линолевую (LA). LA стабилизирует S-белок и поддерживает его в компактной закрытой конформации, в которой он не может связываться с ACE2. Выравнивание последовательностей S-белка показало, что, предположительно, этот гидрофобный «карман» сохраняется в RBD вирусов SARS-CoV, SARS-CoV-2, MERS-CoV и в соответствующем В-домене вирусов HCoV-OC43 и HCoV-HKU1, что делает «карман» отличительной чертой β-CoVs. Интересно, что все VOC SARS-CoV-2 имеют этот «карман», включая омикрон, обладающий широким спектром мутаций в S-белке. 

В новом исследовании ученые выяснили, сохраняется ли способность LA связываться с S-белком у патогенных β-CoVs: SARS-CoV, MERS-CoV, и SARS-CoV-2 VOC (альфа, бета, гамма, дельта и омикрон), и сравнили их с HCoV-HKU1, приводящим только к легкой форме заболевания.

Для этого они сначала протестировали β-CoVs (помимо SARS-CoV-2) на способность связываться с LA. Результаты методики выравнивания последовательностей показали, что RBD вирусов SARS- CoV, MERS-CoV, SARS-CoV-2 и его VOC сохраняли гидрофобный «карман», а плазмонный резонанс определил, что LA связывались с RBD иммобилизированных SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2 VOC. В сравнении с этим B-домен S-белка вируса HCoV-HKU1 не связывался с LA, несмотря на высокую схожесть последовательностей. В то же время замена одной аминокислоты, располагающейся прямо перед «карманом» у этого вируса, возвращала ему способность связываться с LA.

Анализ S-белка вируса SARS-CoV с помощью криогенной электронной микроскопии показал, что связывание с LA вызывает образование его закрытой структуры, похожей на закрытую конформацию S-белка SARS-CoV-2. И наоборот, в открытой конформации S-белка SARS-CoV «карман» лишен LA.

С помощью моделирования молекулярной динамики (molecular dynamics simulations) исследователи подтвердили, что LA спонтанно связывается с гидрофобными «карманами» в RBD вирусов SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2 VOCs, но не связывается с HCoV-HKU1.

Применение корреляционной световой и электронной микроскопии с последующей электронной томографией клеток, инфицированных SARS-CoV-2, показало, что обработка линолевой кислотой не только блокирует инфекцию на уровне S-белка, но и ингибирует репликацию вируса. Скорее всего, это происходит посредством ингибирования цитоплазматической фосфолипазы А2.

Результаты исследования показывают, что связывание свободных жирных кислот с «карманом» в S-белке является отличительной чертой β-CoV, что создает основу для разработки новых противовирусных стратегий.

Разработаны новые синтетические белки для лечения COVID-19