在COVID-19变体中鉴定出保守抗体结合位点

宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员表示，导致COVID-19的冠状病毒SARS-CoV-2的一种微小蛋白质可能对未来的治疗产生重大影响。

科学家们使用一种新的方法工具包，发现了核衣壳(N)蛋白的第一个完整结构，并发现了来自COVID-19患者的抗体如何与该蛋白相互作用。他们还确定，在许多冠状病毒中，包括最近的COVID-19变种，这种结构似乎相似，这使它成为先进治疗和疫苗的理想靶点。他们在《纳米尺度》杂志上发表了他们的研究结果。

“我们发现了关于N蛋白结构的新特征，这可能对抗体测试和所有与sars相关的大流行病毒的长期影响产生重大影响，”生物医学工程教授、分子生物物理学哈克主席、宾夕法尼亚州立大学结构肿瘤学中心主任Deb Kelly说，他领导了这项研究。“由于N蛋白似乎在SARS-CoV-2和SARS-CoV-1的变体中是保守的，因此针对N蛋白的治疗方法可能有助于消除一些人经历的更严重或持久的症状。”

大多数针对COVID-19的诊断测试和现有疫苗都是基于一种更大的SARS-CoV-2蛋白(Spike蛋白)设计的，病毒会附着在健康细胞上，开始入侵过程。

辉瑞/BioNTech和Moderna疫苗旨在帮助受者产生对抗Spike蛋白的抗体。然而，凯利说，Spike蛋白很容易发生突变，导致英国、南非、巴西和美国各地出现了这种变体。

与外部的Spike蛋白不同，N蛋白被包裹在病毒中，免受环境压力的影响，环境压力会导致Spike蛋白发生变化。然而，在血液中，N蛋白在被感染细胞释放后自由漂浮。这种自由漫游的蛋白质会引起强烈的免疫反应，导致保护性抗体的产生。大多数抗体检测试剂盒寻找N蛋白来确定一个人以前是否感染了病毒，而不是寻找Spike蛋白来确定一个人目前是否感染了病毒。

“每个人都在关注Spike蛋白，对N蛋白的研究较少，”该论文的第一作者、凯利实验室的博士后迈克尔·卡萨桑塔(Michael Casasanta)说。“有这样的差距。我们看到了一个机会——我们有想法和资源来看看N蛋白是什么样子。”

最初，研究人员检查了人类以及蝙蝠、果子狸和穿山甲等被认为是大流行潜在来源的不同动物的N蛋白序列。卡萨桑塔说，他们看起来都很相似，但又截然不同。

Casasanta说:“这些序列可以预测这N种蛋白质中的每一种的结构，但你不能从预测中得到所有的信息——你需要看到实际的3D结构。”“我们融合了技术，以新的方式看待新事物。”

研究人员使用电子显微镜对N蛋白和N蛋白上抗体结合的位点进行了成像，并使用COVID-19患者的血清建立了结构的3D计算机模型。他们发现，每个样本的抗体结合位点都保持不变，这使得它成为治疗任何已知COVID-19变体患者的潜在目标。

凯利说:“如果可以设计一种针对N蛋白结合位点的治疗方法，可能有助于减少对COVID-19的炎症和其他持久免疫反应，特别是在COVID-19的长期携带者中。”他指的是那些出现COVID-19症状长达6周或更长时间的人。

该团队从RayBiotech Life公司获得了纯化的N蛋白，这意味着样品只含有N蛋白，并将其应用于与Protochips Inc.合作开发的微芯片。这种微芯片是由氮化硅制成的，而不是传统的多孔碳，它们含有带有特殊涂层的薄孔，可以将N蛋白吸引到其表面。一旦制备好，样品被快速冷冻，并通过冷冻电子显微镜检查。

凯利称赞她的团队将微芯片、更薄的冰样本和宾夕法尼亚州立大学的先进电子显微镜独特地结合在一起，这些显微镜配备了由Direct electron公司定制的最先进的探测器，从而提供了迄今为止SARS-CoV-2低质量分子的最高分辨率可视化。

凯利说:“这些技术结合在一起产生了一个独特的发现。”“以前，就像试着看湖中央结冰的东西一样。现在，我们透过冰块看它。我们可以看到更小的实体，更多的细节和更高的准确性。”

参考
卡萨桑塔，朱伟德，李建平，等。利用低温电子显微镜测定低分子量蛋白质的微芯片结构。纳米级．2021年4月1日在线发布。doi:10.1039 / D1NR00388G

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