Ученые из Национального института здоровья обнаружили, что процесс в клетках может ограничивать инфекционность SARS-CoV-2, и что мутации в альфа- и дельта-вариантах преодолевают этот эффект, потенциально повышая способность вируса к распространению. Результаты были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Исследование провела Келли Тен Хаген, доктор философии.D., старший научный сотрудник Национального института стоматологических и черепно-лицевых исследований NIH (NIDCR).
С момента начала пандемии коронавируса в начале 2020 года появилось несколько более заразных вариантов SARS-CoV-2, вируса, вызывающего COVID-19. За исходным вирусом, или вирусом дикого типа, последовал альфа-вариант, который получил широкое распространение в Соединенных Штатах в начале 2021 года, а затем дельта-вариант, который является наиболее распространенным штаммом, циркулирующим сегодня. Варианты приобрели мутации, которые помогают им заражать людей и легче распространяться. Многие мутации влияют на спайковый белок, который вирус использует для проникновения в клетки. Ученые пытались понять, как эти изменения влияют на функцию вируса.
"На протяжении всей пандемии исследователи NIDCR применяли свой опыт в области стоматологии, чтобы ответить на ключевые вопросы о COVID-19," сказала директор NIDCR Рена Д’Суза, D.D.S., Ph.D. "Это исследование предлагает свежий взгляд на большую инфекционность альфа- и дельта-вариантов и обеспечивает основу для разработки будущих методов лечения."
Внешняя поверхность SARS-CoV-2 украшена белками-шипами, которые вирус использует для прикрепления к клеткам и проникновения в них. Однако, прежде чем это может произойти, белок-спайк должен быть активирован серией разрезов или расщеплений белками-хозяевами, начиная с фермента фурина. В альфа- и дельта-вариантах мутации белка шипа, по-видимому, усиливают расщепление фурина, что, как считается, делает вирус более эффективным при проникновении в клетки.
Исследования показали, что в некоторых случаях расщепление белка можно уменьшить путем добавления громоздких молекул сахара – процесс, выполняемый ферментами, называемыми GALNT, – рядом с сайтом расщепления. Команда Тен Хаген задалась вопросом, происходит ли это с белком шипа SARS-CoV-2, и если да, то меняет ли он функцию белка.
Чтобы выяснить это, ученые изучили влияние активности GALNT на спайковый белок в клетках плодовой мушки и млекопитающих. Эксперименты показали, что один фермент, GALNT1, добавляет сахара к белку шипов дикого типа, и эта активность снижает расщепление фурина. Напротив, мутации белка шипа, такие как мутации в альфа- и дельта-вариантах, снижают активность GALNT1 и увеличивают расщепление фурина. Это предполагает, что активность GALNT1 может частично подавлять расщепление фурина в вирусе дикого типа, и что альфа- и дельта-мутации преодолевают этот эффект, позволяя расщеплению фурина не контролироваться.
Дальнейшие эксперименты подтвердили эту идею. Исследователи обнаружили спайк дикого типа или мутировавший в клетках, выращенных в чашке. Они наблюдали тенденцию клеток сливаться со своими соседями, поведение, которое может способствовать распространению вируса во время инфекции. Ученые обнаружили, что клетки, экспрессирующие мутировавший белок-спайк, чаще сливаются с соседями, чем клетки с спайк-белком дикого типа. Клетки со спайком дикого типа также реже сливаются в присутствии GALNT1, что позволяет предположить, что его активность может ограничивать функцию спайкового белка.
"Наши результаты показывают, что альфа- и дельта-мутации преодолевают подавляющий эффект активности GALNT1, что может повысить способность вируса проникать в клетки," сказал Тен Хаген.
Чтобы увидеть, может ли этот процесс происходить и у людей, команда проанализировала экспрессию РНК в клетках здоровых добровольцев. Исследователи обнаружили широкую экспрессию GALNT1 в клетках нижних и верхних дыхательных путей, которые восприимчивы к инфекции SARS-CoV-2, что указывает на то, что фермент может влиять на инфекцию у людей. Ученые предположили, что индивидуальные различия в экспрессии GALNT1 могут повлиять на распространение вируса.
"Это исследование предполагает, что активность GALNT1 может модулировать вирусную инфекционность, и дает представление о том, как мутации в альфа- и дельта-вариантах могут влиять на это," Тен Хаген сказал. Эти знания могут послужить основой для будущих усилий по разработке новых вмешательств.