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A transmissão rápida de variações de N501Y pode ser devido aos efeitos favoráveis no emperramento do receptor do anfitrião

A pandemia da doença 2019 do coronavirus (COVID-19) resultou dentro sobre dois milhão mortes no mundo inteiro, fora sobre do cem milhão casos relatados até agora. O vírus que a causa, o coronavirus 2 da Síndrome Respiratória Aguda Grave (SARS-CoV-2), ligamentos à pilha de anfitrião por seu receptor, a enzima deconversão 2 (ACE2). Relata-se que o Reino Unido e para o sul - as tensões africanas podem ter umas capacidades mais altas da transmissão devido às substituições do ácido aminado na proteína do ponto SARS-CoV-2. Embora a patogénese da doença permaneça obscura, além do que a resposta do anfitrião negociada por SARS-CoV-2, estas tensões novas pareça ser envolvido igualmente nas diferenças na transmissão, na infectividade, e na severidade da doença

Agora, na pesquisa nova afixada ao bioRxiv* do server da pré-impressão, os cientistas usam uma estrutura experimental do domínio do ponto RBD co-cristalizada com parte do receptor ACE2 e de diversos in silico métodos para analisar os impactos possíveis de três substituições do ácido aminado (ponto K417N, E484K, N501Y) a respeito do emperramento ACE2.

Representação esquemática do domínio da glicoproteína do ponto, incluindo domínios funcionais na subunidade S1 (NTD, domínio do N-terminal; RBD, domínio receptor-obrigatório; RBM, receptor-ligando; SD1/2: subdomínio 1 e 2) e na subunidade S2 (FP, peptide da fusão; TM, domínio da transmembrana. N e os domínios terminais do CT são indicados. As setas denotam os locais da segmentação do protease. PCes: Convertases de Proprotein.
Representação esquemática do domínio da glicoproteína do ponto, incluindo domínios funcionais na subunidade S1 (NTD, domínio do N-terminal; RBD, domínio receptor-obrigatório; RBM, receptor-ligando; SD1/2: subdomínio 1 e 2) e na subunidade S2 (FP, peptide da fusão; TM, domínio da transmembrana. N e os domínios terminais do CT são indicados. As setas denotam os locais da segmentação do protease. PCes: Convertases de Proprotein.

A proteína viral do ponto

O vírus é um vírus envolvido do RNA com um genoma extensivo, aproximadamente 30 kilobases de comprimento. Tem quatro proteínas estruturais principais, o ponto (s), Nucleocapsid (N), envelope (e), e membrana (M) proteínas. A proteína de S é uma proteína da transmembrana que compreenda duas subunidades, o S1 e o S2, o primeiro emperramento do receptor da negociação e a fusão subseqüente da segunda negociação entre o vírus e a membrana de pilha, assim como fusão da pilha-pilha.

SARS-CoV-2 explora a enzima deconversão 2 (ACE2) para incorporar pilhas de alvo. Após o emperramento do receptor (1), a proteína do vírus S é fendida por proteases tais como furin/TMPRSS2 nas subunidades S1 e S2 (2) que negocia a fusão de S2-assisted (3) e a liberação do genoma viral (4).
SARS-CoV-2 explora a enzima deconversão 2 (ACE2) para incorporar pilhas de alvo. Após o emperramento do receptor (1), a proteína do vírus S é fendida por proteases tais como furin/TMPRSS2 nas subunidades S1 e S2 (2) que negocia a fusão de S2-assisted (3) e a liberação do genoma viral (4).

A proteína de S é conseqüentemente responsável para a infectividade do vírus e de seu transmissibility no anfitrião. Liga à molécula ACE2 através de um domínio dobrado pequeno chamado o domínio receptor-obrigatório (RBD). Contudo, este emperramento é dependente da segmentação da proteína do ponto na junção S1/S2 através da furin-como o convertase do proprotein na pilha de anfitrião. Uma segmentação mais adicional das proteínas do ponto igualmente ocorre dentro das pilhas de anfitrião no local de S2 no domínio S2, que é essencial para a infecção eficiente.

A importância das mutações

Os vírus, especialmente vírus do RNA, são mudanças mutational inclinadas, frequentemente com mudanças associadas nas funções virais que contribuem à virulência e à mortalidade aumentadas. O SARS-CoV-2 submeteu-se a diversas mutações, com algumas variações novas que são VOC-202012/01 (ou VUI-202012/01 ou B.1.1.7) e 501Y.V2 (ou 20C/501Y.V2B.1.351), no Reino Unido e sul - variação africana, respectivamente.

Ambo estes têm mutações nos locais chaves no RBD, a saber, na objectiva tripla K417N, E484K, N501Y no sul - variação africana, e N501Y apenas na tensão britânica.

Estas variações estão aumentando ràpida na predominância, indicando que têm um transmissibility mais alto do que as variações mais velhas. O estudo actual apontou compreender, através de modelar aproximações, como ACE2 e proteína do ponto interactiva e como tais interacções contribuem à parogenicidade e à susceptibilidade aumentadas à infecção.

estrutura 3D do complexo. A estrutura de cristal do ponto RBD e da peça do receptor ACE2 que interage com o ponto é mostrada como o diagrama dos desenhos animados. O domínio do ponto está no azul quando o domínio ACE2 estiver no cinza. As correntes laterais do ponto dos resíduos previstos para ser importantes (com nosso in silico protocolo, veja a secção do método) para a interacção com ACE2 são mostradas no vermelho. O Reino Unido e/ou sul - as tensões africanas são destacadas colorindo as mudanças do ácido aminado nesta região na magenta. Todas as correntes laterais do ponto mostradas devem ter energias favoráveis da interacção com ACE2 mas E484 que é previsto para ter interacções muito fracas ou desfavoráveis). No lado ACE2, as correntes laterais que são previstas para contribuir favoràvel à interacção com o ponto RBD são mostradas no limão. Somente ACE Y41 parece ter interacções muito limitadas com a proteína do ponto quando, quando a proteína do ponto leva um Y na posição 501, ACE2 Y41 tiver então alguns valores favoráveis da energia da interacção com o ponto.
estrutura 3D do complexo. A estrutura de cristal do ponto RBD e da peça do receptor ACE2 que interage com o ponto é mostrada como o diagrama dos desenhos animados. O domínio do ponto está no azul quando o domínio ACE2 estiver no cinza. As correntes laterais do ponto dos resíduos previstos para ser importantes (com nosso in silico protocolo, veja a secção do método) para a interacção com ACE2 são mostradas no vermelho. O Reino Unido e/ou sul - as tensões africanas são destacadas colorindo as mudanças do ácido aminado nesta região na magenta. Todas as correntes laterais do ponto mostradas devem ter energias favoráveis da interacção com ACE2 mas E484 que é previsto para ter interacções muito fracas ou desfavoráveis). No lado ACE2, as correntes laterais que são previstas para contribuir favoràvel à interacção com o ponto RBD são mostradas no limão. Somente ACE Y41 parece ter interacções muito limitadas com a proteína do ponto quando, quando a proteína do ponto leva um Y na posição 501, ACE2 Y41 tiver então alguns valores favoráveis da energia da interacção com o ponto.

Métodos do estudo

A mutagênese experimental é uma ferramenta útil para investigar o efeito destas mudanças na estabilidade. Tais efeitos podem igualmente ser calculados usando uma aproximação de modelagem, junto com o PPIs entre a proteína do mutante e seu receptor ou sócio. Os dados extant da mutagênese, confirmados pela análise actual, sugerem a afinidade ACE2 aumentada com a substituição de N501F ao deixar sua expressão intacto.

Os pesquisadores escolheram usar ferramentas computacionais múltiplas, aqueles que podem reproduzir dados experimentais, para explorar especialmente as várias propriedades estruturais dos ácidos aminados, incluindo o tipo de resíduo, sua posição, e lugar no que diz respeito à estrutura secundária, se enterrado ou expor pelo solvente, e se em um local catalítico ou dentro de uma região flexível.

Uma pesquisa experimental mais adiantada mostrou que a mutação de N501F confere afinidade obrigatória aumentada para o ACE2 na proteína do ponto. Isto não podia ser medido pela maioria de plataformas de modelagem usadas para avaliar mudanças na estabilidade nas superfícies obrigatórias. Por este motivo, o estudo actual seleccionou o SPServer e as ferramentas dos pyDockEneRes para seu serviço público nesta área.

Os pesquisadores compararam os resultados obtidos por estes métodos com os resultados experimentais de cinco interacções da proteína-proteína (PPIs) para avaliar como bom combinaram, assim como para compreender que substituições bem-são seridas aos métodos diferentes do estudo.

ACE2 K26 joga o papel menor

O estudo actual explorou as mutações ACE2 específicas que podem contribuir às mudanças em afinidade obrigatória do ponto. A mutação de ACE2 S19P, comum em África, pode proteger contra a infecção reduzindo a afinidade do ponto.

Um estudo mais adiantado sugeriu o mutante de K26R, comum nos europeus, pôde aumentar a afinidade spike-ACE2. Os pesquisadores no estudo actual concluíram, ao contrário, que o resíduo K26 não pode jogar um papel importante no ponto de modulação que liga a ACE2 devido a sua distância da proteína do ponto no complexo de ACE2-spike.

Este resíduo é visto consistentemente para apontar longe da superfície do ponto. Mesmo esclarecendo a flexibilidade da lado-corrente, a distância é demasiado grande para que a ligação do hidrogênio ocorra.

Apesar da distância da região obrigatória do ponto, uma substituição K26 pela arginina pode permitir a ligação aumentada do hidrogênio, devido à presença de moléculas de água na relação. Alternativamente, a formação de uma ponte de sal entre o resíduo K26 e o E22, e as ligações polares entre ele e N90, podiam conduzir a uma estabilização local desta região do receptor com a mutação de K26R, tendo por resultado uma energia livre mais favorável da ligação. Uma pesquisa mais adicional é exigida para confirmar este encontrar, que é apoiado igualmente por outros estudos.

Com a variação global dominante do ponto D614G do now, um aumento em afinidade obrigatória é óbvio apesar da distância deste resíduo do RBD, sendo encontrado na relação entre os protomers do ponto.

Três mutações e seu impacto

O estudo actual centrou-se sobre um efeito similar resultando das mudanças nos resíduos actuais no RBD e aquele faz o contacto com o receptor ACE2. As estruturas de cristal do ACE2 e do RBD foram relatadas por diversos mais cedo estudam, visado compreender como os resíduos específicos actuam na relação.

Os pesquisadores centraram-se principalmente sobre mudanças nos ácidos aminados nas duas variações novas em três locais (K417, E484 e N501), que estão na relação ACE2 obrigatória. Tais mudanças podem afectar a dobradura de proteína ou a alguma do múltiplo interacções intramolecular e intermolecular da outra proteína.

O N501, encontrou em ambas as tensões, e K417, no sul - a tensão africana somente, afectou esta interacção, ao contrário do E484, considerado nos últimos. A contagem prevista da interacção era menos favorável, total, para o sul - tensão africana do que para a estrutura original ou para a variação BRITÂNICA.

Este resíduo N501 no ponto livre é expor pelo solvente mas enterrado depois do emperramento spike-ACE2. Está em uma região flexível do laço, e a substituição por um Y não afecta sua dobradura. Poderia formar algumas ligações de hidrogênio com o K353 de ACE2.

A variação de Y na tensão BRITÂNICA tem uma energia mais favorável da interacção com o receptor. A corrente lateral nova permite muitas interacções favoráveis com outros resíduos na proteína ACE2 tal como o pi-empilhamento, a interacção do cation-pi, e a ligação do hidrogênio. Tais interacções não-covalent podiam reforçar a ligação. Tais mudanças da energética são frequentemente difíceis de identificar in silico.

A mutação de K417N igualmente permite a dobradura de proteína apropriada mas pode reduzir a interacção abulindo a ponte de sal formada com o D30 em ACE2, apesar de algum potencial da ligação do hidrogênio.

O E484 está em um laço e não faz uma contribuição significativa para a ligação, provavelmente porque está demasiado longe e não pode formar uma ponte de sal. Além disso, permanece expor mesmo depois o emperramento ACE2. A substituição por K na proteína do ponto reserva dobrar-se mas é menos favorável para ligar, talvez porque está assim perto do resíduo de ACE2 K31.

Assim, todas as três mutações são menos favoráveis do que o N501Y sozinho, fazendo a interacção prevista de ACE2-spike menos estável para o sul - tensão africana do que para a tensão BRITÂNICA.

Assim, o estudo mostra que a mutação de K417N do sul - a tensão africana não muda a expressão do ponto mas reduz sua interacção com ACE2. A mutação de E484K igualmente sae da expressão intacto, mas a substituição de K parece aumentar afinidade obrigatória. Inversamente, a plataforma de modelagem mostra menos energética favorável para K, relativo a E, neste local.

Esta discrepância poderia ser devido a um sistema de pontuação defeituoso ou porque a relação é mais flexível do que esperada. O último é difícil de avaliar in silico. Uma outra explicação podia ser o efeito de interacções de longo alcance entre estas substituições e aquelas dentro da relação RBD-ACE2.

Que são as implicações?

o Reino Unido e sul - as variações africanas têm mutações fora da relação obrigatória de ACE2-spike que pode afectar o transmissibility, a infectividade, e a afinidade. Na relação própria, a mudança a mais importante é a substituição de N501Y para a tensão BRITÂNICA.

Com o sul - variação africana, a presença das mutações de K417N e de E484K sugere uma redução no emperramento ACE2, o efeito de que pode ou não pode compensar o realce devido à mutação de N501Y. A propagação observada conduziu cientistas considerar esta variação como uma com perigo potencial maior.

Se isto não pode ser explicado pela afinidade spike-ACE2 aumentada, porque o estudo actual indica, o perigo principal desta tensão pode ser devido ao reconhecimento danificado da proteína do ponto neutralizando anticorpos em conseqüência das mudanças na posição 484 do ponto, e talvez de outros resíduos. Entrementes, a afinidade aumentada para ACE2 indicado pela tensão BRITÂNICA não pode confer apenas uma infectividade mais alta e um transmissibility mais rápido, mas maior virulência.

Observação *Important

o bioRxiv publica os relatórios científicos preliminares que par-não são revistos e, não devem conseqüentemente ser considerados como conclusivos, guia a prática clínica/comportamento saúde-relacionado, ou tratado como a informação estabelecida.

Journal reference:
Dr. Liji Thomas

Written by

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

Citations

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    Thomas, Liji. (2021, January 27). A transmissão rápida de variações de N501Y pode ser devido aos efeitos favoráveis no emperramento do receptor do anfitrião. News-Medical. Retrieved on January 18, 2022 from https://www.news-medical.net/news/20210127/Rapid-transmission-of-N501Y-variants-may-be-due-to-favorable-effects-on-host-receptor-binding.aspx.

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