Een van de essentiële factoren die het COVID-19-virus nodig heeft om een ​​gastheer binnen te dringen, is een receptor op een menselijke cel – een plaats waar het universeel erkende spike-eiwit zich aan het celoppervlak kan hechten, het kan doorboren, de infectieuze inhoud kan uitscheiden en zich kan vermenigvuldigen.

Zonder receptor is er geen replicatie. Zonder replicatie is er geen infectie.

Onderzoekers van de afdeling Scheikunde van Princeton University en de afdeling Moleculaire Biologie hebben een cellulaire kaarttechnologie genaamd µMap gebruikt, slechts twee jaar geleden geïntroduceerd door het MacMillan Lab, om acht voorheen onbekende toegangspunten voor het spike-eiwit te ontdekken.

Vier van hen, zo ontdekten onderzoekers, zijn functioneel belangrijk voor virale toegang.

Het onderzoek werd eerder deze maand gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society (JACS) . Het zou de reeks hulpmiddelen die worden gebruikt om het virus te bestrijden kunnen uitbreiden, vooral omdat het muteert en manieren ontwikkelt om vaccins te omzeilen.

Het samenwerkingsproject begon twee jaar geleden op het hoogtepunt van pandemische onzekerheid onder Alexander Ploss, een vooraanstaand viroloog en hoogleraar moleculaire biologie, en David MacMillan, de James S. McDonnell Distinguished University Professor en Nobelprijswinnaar in de chemie.

Wetenschappers weten sinds het SARS-CoV-1-virus in 2003 verscheen dat de primaire virale ingangsreceptor een enzym was dat angiotensine-converting enzyme 2 of ACE2 wordt genoemd. Dit enzym werd in 2020 bevestigd als dezelfde receptor voor SARS-CoV-2, het virus dat COVID-19 veroorzaakt.

Maar het Princeton-project begon met de veronderstelling dat ACE2 niet het enige verhaal was.

"We wisten wel dat er bepaalde gastheermoleculen zijn waarvan dit virus absoluut afhankelijk is om in longcellen te komen om de infectie te veroorzaken, en een van deze moleculen wordt ACE2 genoemd", zei Ploss. "Dus we zeiden eigenlijk:oké, laten we eens kijken of er meer is. We hebben gezocht naar directe bindmiddelen.

"Maar zoals je je kunt voorstellen, is het binnenkomstproces complex. Het virus hecht zich ergens aan en dan moet het nog door het celmembraan om in een cel te komen, en langs deze weg kan het interageren met andere gastheerfactoren. Ik weet het niet' Ik wil niet zeggen dat alles wordt gedicteerd door virale binnenkomst. Het is duidelijk dat er een aantal even essentiële processen in de cel zijn nadat het virus is binnengekomen die de ernst van de ziekte kunnen beïnvloeden.

"Maar het is duidelijk de eerste belangrijke stap. Als het virus er niet in kan, is het game over."

Steve Knutson, een co-auteur van de krant en een postdoctoraal onderzoeker in het MacMillan Lab, voegde toe:"Hoewel de ontdekking van ACE2 als de belangrijkste receptor een enorme mijlpaal was, vertelt het zeker niet het hele verhaal van COVID-pathologie. Biologie kan inherent promiscue zijn, en we hebben goed geraden dat het SARS-CoV-2-spike-eiwit interageert met meerdere gastheerceleiwitten om binnen te komen."

Hij voegde eraan toe dat onderzoeken zoals deze een "perfect" onderzoek zijn dat past bij de µMap-technologie.

De piek als µMap-antenne

Micromap (µMap) is een technologie voor het labelen van nabijheid die "buren" van eiwitten en enzymen op het celoppervlak identificeert. Het gebruikt een fotokatalysator - een molecuul dat, wanneer geactiveerd door licht, een chemische reactie veroorzaakt - om deze ruimtelijke relaties te markeren door een marker te genereren die moleculaire buren markeert.

In dit werk gebruikten onderzoekers het spike-eiwit zelf als de marker of "antenne" om alle receptorplaatsen in de buurt van ACE2 te taggen.

"Alex had het geweldige instinct dat er naast ACE2 nog andere dingen zijn die je in staat kunnen stellen om na te denken over besmettelijkheid", zegt MacMillan. "Dus wat we deden was deze fotokatalysator - en we noemen ze antennes - op het spike-eiwit, zodat wanneer het zich bindt aan dingen op de cel in de buurt van ACE2, deze kleine antenne de fotonische energie, het licht, absorbeert.

"Maar het kan die energie niet over lange afstanden weggeven. Het kan het alleen geven aan wat dichtbij is. Het vrij zwevende molecuul moet het in principe binnen twee nanometer tegenkomen," voegde MacMillan eraan toe. "Dus we weten wat er naast zit. We weten wat ermee in wisselwerking staat."

Nadat de technologie acht nieuwe receptoren had geïdentificeerd die een interactie aangingen met het spike-eiwit, karakteriseerden wetenschappers ze met behulp van een viruspseudodeeltje. (Een pseudodeeltje bootst virale binnenkomst na, maar draagt ​​niet het genetische materiaal om het virus te verspreiden.) Vervolgens isoleerden ze vier toegangsfactoren die verder onderzoek waard waren.

"Het pseudodeeltjessysteem stelt ons in staat om de virale opname te ontkoppelen en het invoerproces te bestuderen van alles stroomafwaarts van de infectiecyclus", zei Ploss. "Als je op zoek bent naar de impact van bepaalde gastheerfactoren op binnenkomst, wil je zien dat je het onafhankelijk van replicatie kunt bestuderen. Dus hier introduceren we in feite een reportergen in de cel en kunnen dan kwantificeren hoe efficiënt het binnenkomen heeft plaatsgevonden."

MacMillan zei dat er meer werk nodig was om uiteindelijk de functie van receptoren te bepalen, maar onderzoekers vragen zich af of ze een aanwijzing kunnen hebben voor de ernst van de ziekte.

"We kunnen niet zeggen dat alle acht factoren verband houden met het binnenkomen van SARS-CoV-2", zegt Saori Suzuki, een geassocieerd onderzoeker in het Ploss Lab. "Vier van de acht factoren waren uitstekend door virologische beoordeling. We moeten meer beoordelen en nauwkeuriger evalueren.

"In de volgende stap moeten we beoordelen hoe deze factoren ACE2 ondersteunen voor het binnendringen van virussen en of nieuw opkomende virale varianten dezelfde reeks factoren gebruiken." + Verder verkennen

Door coronavirus spike-eiwit geactiveerde natuurlijke immuunrespons, beschadigde hartspiercellen