نقش گروه های قندی در ساختار و عملکرد پروتئین اسپایک در سارس کروناویروس2 (کووید19)

نوع مقاله : مروری تحلیلی

نویسندگان

گروه زیست فناوری، دانشکدگان علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده
در آخرین ماه سال 2019 در شهر ووهان در کشور چین یک ویروس ناشناخته پدیدار شد. مطالعات توالی­یابی نشان داد این ویروس عضو جدیدی از خانواده کروناویروس­هاست که عمدتاً منجر به یک بیماری تنفسی با علائمی شبیه به ذات الریه می­شود. کروناویروس جدید از 25 پروتئین، از جمله 4 پروتئین ساختاری اصلی و 15 پروتئین غیرساختاری تشکیل شده است. پروتئین اسپایک یکی از 4 پروتئین ساختاریِ مهم است که در سطح ویروس قرار دارد. این پروتئین عامل اتصال ویروس به سلول میزبان بوده و شدیداً گلیکوزیله است. گلیکان­ها با اتصال به پروتئین­های ویروسی دو نقش موثر در ساختار و عملکرد آن­ها ایفا می­کنند؛ نخست آنکه فرآیند تاخوردگی پروتئین­ها را هدایت و تسهیل می­کنند و نقش مهمی در برهمکنش­های پروتئینی ایفا می­کنند، و دیگر آنکه با جلوگیری از شناسایی پروتئین­ها منجر به فرار ویروس­ها از حملات سیستم ایمنی می­شوند. بنابراین همانطور که مشخص است مطالعه ساختارهای قندی در یک پروتئین ویروسی زمانی اهمیت بیشتری پیدا می­کند که یا احتمال طراحی واکسن در میان باشد، یا آنکه گروه­های قندی تاثیر ویژه­ای در تاخوردگی، فعالیت و برهمکنش پروتئین داشته باشند. لذا از آنجا که پروتئین اسپایک یک پروتئین ساختاری بوده و فاقد عملکرد است مطالعات ساختارهای قندی آن به دو هدفِ طراحی واکسن مناسب و بررسی نقش گلیکان­ها در اتصالات پروتئینی انجام می­شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


1. Huang, C., et al., Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. The lancet, 2020. 395(10223): p. 497-506.
2. Song, Z., et al., From SARS to MERS, thrusting coronaviruses into the spotlight. viruses, 2019. 11(1): p. 59.
3. World Health Organization. WHO Coronavirus (COVID-19) Dashboard. 9 May 2022; Available from: https://covid19.who.int/.
4. Hu, B., et al., Bat origin of human coronaviruses. Virology journal, 2015. 12(1): p. 1-10.
5. Nguyena, T.T., et al., Origin of Novel Coronavirus (COVID-19): A Computational Biology Study using Artificial Intelligence.
6. Menachery, V.D., et al., A SARS-like cluster of circulating bat coronaviruses shows potential for human emergence. Nature medicine, 2015. 21(12): p. 1508-1513.
7. Casalino, L., et al., Beyond shielding: the roles of glycans in the SARS-CoV-2 spike protein. ACS Central Science, 2020. 6(10): p. 1722-1734.
8. Yan, R., et al., Structural basis for the recognition of SARS-CoV-2 by full-length human ACE2. Science, 2020. 367(6485): p. 1444-1448.
9. Yang, J., et al., Molecular interaction and inhibition of SARS-CoV-2 binding to the ACE2 receptor. Nature communications, 2020. 11(1): p. 1-10.
10. Shang, J., et al., Cell entry mechanisms of SARS-CoV-2. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020. 117(21): p. 11727-11734.
11. European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI), S.S.I.o.B., Protein Information Resource (PIR). UniProtKB - P0DTC9 (NCAP_SARS2). May 9, 2022; Available from: https://www.uniprot.org/uniprot/P0DTC9.
12. European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI), S.S.I.o.B., Protein Information Resource (PIR). UniProtKB - P0DTC2 (SPIKE_SARS2). May 9, 2022; Available from: https://www.uniprot.org/uniprot/P0DTC2.
13. European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI), S.S.I.o.B., Protein Information Resource (PIR). UniProtKB - P0DTC5 (VME1_SARS2). May 9, 2022; Available from: https://www.uniprot.org/uniprot/P0DTC5.
14. European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI), S.S.I.o.B., Protein Information Resource (PIR). UniProtKB - P0DTC4 (VEMP_SARS2). May 9, 2022; Available from: https://www.uniprot.org/uniprot/P0DTC4.
15. Watanabe, Y., et al., Exploitation of glycosylation in enveloped virus pathobiology. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-General Subjects, 2019. 1863(10): p. 1480-1497.
16. European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI), S.S.I.o.B., Protein Information Resource (PIR). UniProtKB - P0DTD1 (R1AB_SARS2). May 9, 2022; Available from: https://www.uniprot.org/uniprot/P0DTD1.
17. Walls, A.C., et al., Structure, function, and antigenicity of the SARS-CoV-2 spike glycoprotein. Cell, 2020. 181(2): p. 281-292. e6.
18. Shajahan, A., et al., Deducing the N-and O-glycosylation profile of the spike protein of novel coronavirus SARS-CoV-2. Glycobiology, 2020. 30(12): p. 981-988.
19. Watanabe, Y., et al., Site-specific glycan analysis of the SARS-CoV-2 spike. Science, 2020. 369(6501): p. 330-333.
20. Grant, O.C., et al., Analysis of the SARS-CoV-2 spike protein glycan shield reveals implications for immune recognition. Scientific reports, 2020. 10(1): p. 1-11.
21. Henderson, R., et al., Glycans on the SARS-CoV-2 spike control the receptor binding domain conformation. bioRxiv, 2020.
22. Shang, J., et al., Structural basis of receptor recognition by SARS-CoV-2. Nature, 2020. 581(7807): p. 221-224.
23. Gámez, G., et al., Atypical N-glycosylation of SARS-CoV-2 impairs the efficient binding of Spike-RBM to the human-host receptor hACE2. bioRxiv, 2021.
24. Gu, H., et al., Adaptation of SARS-CoV-2 in BALB/c mice for testing vaccine efficacy. Science, 2020. 369(6511): p. 1603-1607.
25. Sanda, M., L. Morrison, and R. Goldman, N-and O-Glycosylation of the SARS-CoV-2 spike protein. Analytical chemistry, 2021. 93(4): p. 2003-2009.
26. Watanabe, Y., et al., Vulnerabilities in coronavirus glycan shields despite extensive glycosylation. Nature communications, 2020. 11(1): p. 1-10.
27. Zhang, S., et al., Analysis of glycosylation and disulfide bonding of wild-type SARS-CoV-2 spike glycoprotein. bioRxiv, 2021.
28. Mehdipour, A.R. and G. Hummer, Dual nature of human ACE2 glycosylation in binding to SARS-CoV-2 spike. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021. 118(19).
29. Tortorici, M.A., et al., Structural basis for human coronavirus attachment to sialic acid receptors. Nature structural & molecular biology, 2019. 26(6): p. 481-489.
30. Varki, A. and P. Gagneux, Multifarious roles of sialic acids in immunity. Annals of the New York Academy of Sciences, 2012. 1253(1): p. 16.
31. Bouwman, K.M., et al., Multimerization-and glycosylation-dependent receptor binding of SARS-CoV-2 spike proteins. PLoS Pathogens, 2021. 17(2): p. e1009282.
32. Göker, H., et al., The effects of blood group types on the risk of COVID-19 infection and its clinical outcome. Turkish journal of medical sciences, 2020. 50(4): p. 679-683.
33. Deleers, M., et al., Covid-19 and blood groups: ABO antibody levels may also matter. International Journal of Infectious Diseases, 2021. 104: p. 242-249.
34. Solmaz, İ. and S. Araç, ABO blood groups in COVID‐19 patients; Cross‐sectional study. International journal of clinical practice, 2021. 75(4): p. e13927.
35. Zhang, Y., et al., Site-specific N-glycosylation characterization of recombinant SARS-CoV-2 spike proteins. Molecular & Cellular Proteomics, 2021. 20: p. 100058.
36. Klein, J.A. and J. Zaia, Assignment of coronavirus spike protein site-specific glycosylation using GlycReSoft. bioRxiv, 2020.
37. Watanabe, Y., et al., Native-like SARS-CoV-2 spike glycoprotein expressed by ChAdOx1 nCoV-19/AZD1222 vaccine. ACS Central Science, 2021.
38. Bagdonaite, I., et al., Site-specific O-glycosylation analysis of SARS-CoV-2 spike protein produced in insect and human cells. Viruses, 2021. 13(4): p. 551.
39. Marth, J.D. and P.K. Grewal, Mammalian glycosylation in immunity. Nature Reviews Immunology, 2008. 8(11): p. 874-887.
40. European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI), S.S.I.o.B., Protein Information Resource (PIR). UniProtKB - P59594 (SPIKE_SARS). April 7, 2021; Available from: https://www.uniprot.org/uniprot/P59594.
41. Xu, W., et al., Variations in SARS-CoV-2 spike protein cell epitopes and glycosylation profiles during global transmission course of COVID-19. Frontiers in Immunology, 2020. 11: p. 2222.
42. TheCommitteeToAdviseOnTropicalMedicineAndTravel(CATMAT). STATEMENT ON TRAVELLERS AND RABIES VACCINE. 2002; Available from: https://publications.gc.ca/collections/Collection/H12-21-2-28-4.pdf.
43. European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI), S.S.I.o.B., Protein Information Resource (PIR). P35961 · ENV_HV1Y2. 2022; Available from: https://www.uniprot.org/uniprotkb/P35961/entry.
44. European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI), S.S.I.o.B., Protein Information Resource (PIR), P03524 · GLYCO_RABVE. 2022.
45. (Gavi), T.V.A. How effective are COVID-19 vaccines in the real-world? 23 July 2021; Available from: https://www.gavi.org/vaccineswork/how-effective-are-covid-19-vaccines-real-world.