Как коронавирус проникает в человека и убивает его
И почему он скоро будет побеждён.
Китайские исследователи определили кристаллическую структуру молекулы, с которой связывается SARS-CoV-2 при проникновении в клетку, сообщается в Science. Эта молекула — ангиотензин-превращающий фермент 2. Результаты работы ускорят разработку эффективных средств против коронавируса.
Чтобы попасть в клетку, SARS-CoV-2, как и другие коронавирусы, использует белок-«шип» (spike, S-белок). Им он прикрепляется к мишени на поверхности клетки-хозяина. Секвенирование генома нового коронавируса показало, что в его случае мишень — ангиотензин-превращающий фермент 2 (АПФ2). С той же молекулой связывается и вирус «атипичной пневмонии» SARS-CoV, один из ближайших родственников нового коронавируса.
Этот фермент отщепляет одну аминокислоту от ангиотензина II типа и тем самым меняет его свойства: получившаяся молекула оказывает сосудосуживающий эффект и может играть роль при остром респираторном дистресс-синдроме. Другая функция АПФ2 — модулировать перенос аминокислот через мембрану клетки. Ее фермент реализует, поддерживая нужную форму мембранного транспортера аминокислот B0AT1.
Специалисты по структурной биологии из Университета Уэстлейка в Ханчжоу под руководством Цяна Чжоу (Qiang Zhou) с помощью криоэлектронной микроскопии (замораживания отдельных молекул так, чтобы они образовали кристаллы, и «просвечивания» их электронным микроскопом) получили данные о структуре АПФ2 в присутствии B0AT1. Молекулы находились в одном из двух состояний: связанные с фрагментом белка-«шипа» коронавируса и без связи с ним. Разрешение моделей составило 2.9 Å (ангстрем). Особое внимание уделили участку, которым «шип» связывается с ангиотензин-превращающим ферментом 2.
Выяснилось, что АПФ2 и B0AT1 образуют гетеродимер — молекулу из двух неодинаковых частей. Две таких молекулы, в свою очередь, формируют гомодимер. Его целостность обеспечивают взаимодействия одноименных участков двух молекул ангиотензин-превращающего фермента. «Шип» SARS-CoV-2 за счет полярных взаимодействий присоединяется к АПФ в районе участка с протеазной активностью (протеазным доменом) — того, который обеспечивает отрыв одной аминокислоты от ангиотензина II типа. Притом с одним АПФ2 может быть связан тример (комплекс по три) вирусных белков, а с описанным димером, соответственно, два тримера.
Хотя полной расшифровки структуры АПФ2 исследователи не получили, их работа дала ответ на ключевые вопросы: какие аминокислоты можно заменить во фрагменте ангиотензин-превращающего фермента 2, который связывается с S-белком SARS-CoV-2, чтобы снизить вероятность их объединения — а с ним и заражения клетки. К примеру, если заменить 426 по счету аминокислоту аргинин на какую-то другую, а вместе с ней и аспарагин в 439 положении, они не смогут образовать друг с другом мостик, и шансы вируса на прикрепление снизятся.
Зная все это, можно прицельно отбирать такие молекулы, которые способны с наибольшей эффективностью связываться либо с протеазным доменом АПФ2, либо с S-белком коронавируса и не дают двух этим веществам осуществить связывание. Это, как ожидают авторы, ускорит создание лекарственных средств против SARS-CoV-2.
Совсем недавно другая группа исследователей из Китая показала, что существует минимум две разновидности SARS-CoV-2 — более «старый» S-тип, заражение которым обычно приводит к более легким формам COVID-19, и более «молодой» и тяжело переносимый L-тип.