Уклонению коронавируса от иммунного ответа способствуют делеции в ключевых участках генома

Коронавирус SARS-CoV-2 происходит от вируса животного и должен адаптироваться к человеку, а также эволюционировать, чтобы уклониться от атак иммунной системы. Изменчивость SARS-CoV-2 сейчас активно обсуждается, особенно после появления новых линий, способных избегать иммунного ответа. Коронавирусы приобретают замены медленнее, чем другие РНК-вирусы, из-за корректирующей РНК-зависимой РНК полимеразы (RdRp), которая исправляет замены нуклеотидов. Исследователи из Питтсбургского университета и Гарвардской медицинской школы предполагают, что делеции в гене S-белка позволяют вирусу преодолеть это ограничение скорости, поскольку RdRp их не исправляет.

Внимание ученых привлекли делеции в N-концевом домене S-белка (NTD). Такие мутации были обнаружены при длительных инфекциях у пациентов с иммунодефицитом. В начале января был опубликован препринт статьи, первый автор которой — Георгий Базыкин, об ускоренной изменчивости коронавируса в организме российской пациентки с лимфомой (подробнее на PCR.news). Восемнадцать мутаций появились за 132 дня, в их число вошли делеции в S-белке Δ69-70HV и Δ141-144.

Авторы новой работы и сследовали геномы коронавируса от пациента с ослабленным иммунитетом, который скончался от COVID-19 через 74 дня после постановки диагноза. Лечение включало ремдесивир, дексаметазон и две инфузии конвалесцентной плазмы. Индивида обозначили как PLTI1 (Pittsburgh long-term infection 1 — питтсбургская долговременная инфекция 1). Исследование клинического материала, полученного через 72 дня после диагноза, выявило два варианта с делециями в NTD.

После этого авторы выполнили поиск по метаданным пациентов в базе геномов коронавируса GISAID и нашли восемь случаев продолжительной инфекции SARS-CoV-2 с делециями в S-белках. При этом в образцах, взятых ранее у тех же пациентов, делеций не было. У шестерых делеции были теми же, что у пациента PLTI1, либо перекрывались или соседствовали с ними. У двух других пациентов были делеции в другом сайте.

Последующий более обширный поиск делеций GISAID из 146795 последовательностей (депонированных с декабря 2019 года по 24 октября 2020) обнаружил 1108 вирусов с делециями в гене S-белка. Из них 90% находились в четырех определенных сайтах NTD, которые авторы назвали рекуррентными регионами делеций (RDR), пронумеровав их от 1 до 4, от 5'- к 3'-концу гена. Делеции, обнаруженные в образцах пациентов, соответствуют RDR2 и RDR4; в RDR2 попадает и делеция Δ141-144, обнаруженная в российской работе.

Географическое и временное распределение трудно анализировать из-за неравномерной представленности геномов из разных стран в базе, отмечают авторы. Однако видно. что варианты с делециями в RDR присутствовали на протяжении всей пандемии, и многие из них широко распространялись.

В отсутствие давления отбора делеции, нарушающие рамку считывания, должны происходить в трети случаев. Однако авторы отмечают преобладание делеций с длинами, кратными трем нуклеотидам (3, 6, 9 и 12): в NTD более 97% делеций сохраняют открытую рамку считывания. Это говорит об адаптации в ответ на отбор, как и преимущественное расположение делеций в определенных участках.

Регионы RDR 2, RDR 4 и RDR 1, RDR 3 соответствуют двум разным участкам NTD S белка, распознаваемым антителами. Авторы получили клетки, экспрессирующие S-белки с мутациями в разных RDR, и добавили вариант с двумя делециями, в RDR 1 и 2, как в «британском» варианте B.1.1.7. С помощью непрямой иммунофлуоресценции проверили, как изменилось связывание антитела 4A8, распознающего этот участок. Три делеции в RDR2, одна делеция в RDR4 и двойные делеции в RDR1/2 полностью аннулировали связывание антитела 4A8, не влияя на распознавание рецептор-связывающего домена другим антителом. Это пример конвергентной эволюции: делеции в RDR2 или RDR4 формируют один и тот же фенотип. 

Примечательно, что образец вируса, полученный от пациента PLTI1, был устойчив к нейтрализации антителом 4A8, но нейтрализовался сывороткой выздоравливающего с высоким титром.

Таким образом, делеции могут создавать антигенную изменчивость SARS-CoV-2. Изначально обнаруженные у пациентов с ослабленным иммунитетом, эти варианты активно передаются между иммунокомпетентными людьми. 

Несколько линий с измененными антигенными свойствами и повышенной трансмиссивностью содержат делеции в RDR: «кластер норок 5» — Δ69-70, B.1.1.7 — Δ69-70 и Δ144/145, южноафриканский B.1.351 (501Y.V2) — Δ242-244. В начале исследования авторы об этих линиях не знали, они были идентифицированы и распространились уже во время рецензирования статьи. Это говорит о прогностической значимости подхода и подчеркивают важность тщательного и непрерывного мониторинга вирусной эволюции. «Являются ли они [делеции в RDR S-белка] промежуточными звеньями на пути уклонения от иммунитета? Это еще предстоит определить», — пишут авторы статьи.