SARS-CoV-2的刺突(Spike)蛋白

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关联组

SARS-CoV-2的早期毒株样本的组成蛋白与基因组全序列

SARS-CoV-2的S蛋白的受体结合基序的来源可能

SARS-CoV-2的S蛋白的弗林酶切位点的来源可能

条件组

SARS-CoV-2病毒来源报告使用到的分析工具

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本词条是基于闫博士报告的再编辑


SARS-CoV-2 spike/S/刺突 蛋白的信息

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/1807246651


S蛋白的结构与作用

刺突蛋白分布在冠状病毒颗粒的外部。它们在感染中起着重要的作用,因为它们介导与宿主细胞受体的相互作用,从而帮助确定病毒的宿主范围和组织趋向性。刺突蛋白分为两半(图3)。前面或N-末端的一半被命名为S1,它完全负责与宿主受体结合。在SARS-CoV 和SARS-CoV-2 这两种病毒感染里,宿主细胞受体是hACE2。在S1 内,有一段约70 个氨基酸的片段与hACE2 直接接触,并相应地被命名为受体结合基序(RBM)(图3C)。在SARS-CoV 和SARS-CoV-2 中,RBM 全全决定与hACE2 的相互作用。刺突蛋白的C 端一半被命名为S2。S2 的主要功能包括维持三聚体的形成,并在S1/S2 交界处和下游S2'位置连续进行蛋白酶分裂后,介导膜融合以使病毒进入细胞。


注:ACE2是一类血管紧张素转化酶,这种酶附着在肺、动脉、心脏、肾脏和肠道的细胞膜表面。hACE2是特指人类身上的血管紧张素转化酶,ACE2在很多物种身上都存在,但是不同物种之间的ACE2存在差异,这种差异的大小会影响病毒结合的效率从而决定病毒是否会感染该物种以及感染的效率如何。

RBM(Receptor Binding Motif 受体结合基序),即SARS-CoV-2病毒刺突上决定直接与hACE2接触的部分在基因序列中的具体位置。

RBD(Receptor Binding Domain 受体结合域),即SARS-CoV-2病毒刺突上与hACE2结合的具体部分。

三聚体,一种结构,即三个相同物质结合为一个的结构,新冠病毒的刺突蛋白即为这种结构。


SARS刺突蛋白的结构以及它与hACE2受体的结合方式.png]

图 3 .SARS 刺突蛋白的结构以及它与hACE2 受体的结合方式。

图片是根据PDB ID:6acj[1] 生成的。

A)三个刺突蛋白,每个由一半的S1 和一半的S2 组成,形成一个三聚体。

B)一半的S2(蓝色的阴影)负责三聚体的形成,而S1 部分(红色的阴影)负责结合hACE2(深灰色)。

C)S1 和 hACE2 之间的结合细节。S1 的RBM,是重要的并足以进行结合,这里显示为橙色。RBM 内对hACE2 相互作用或蛋白质折叠都很重要的残基被显示为棒状(残基数遵循SARS 的刺突序列)。




SARS-CoV-2与相关病毒的S蛋白的序列.png

图 4.相关冠状病毒的刺突蛋白序列排列。

进行比对的病毒包括:

新冠病毒 SARS-CoV-2(Wuhan-Hu-1:NC_045512,2019-nCoV_USA-AZ1:MN997409),

蝙蝠冠状病毒 (Bat_CoV_ZC45:MG772933,Bat_CoV_ZXC21:MG772934),

SARS 冠状病毒(SARS_GZ02:AY390556,SARS:NC_004718.3)。

由两条橙色线标记的区域是受体结合基序(RBM),它对与 hACE2 受体的相互作用很重要。必要的残基在顶部另外用红色小短线显示。由两条绿线标记的区域是一个弗林酶切furin-cleavage 位点,该位点只存在于SARS-CoV-2 中,而不存在于任何其它B 系ß 类冠状病毒中。


与其他病毒蛋白的情况相似,SARS-CoV-2 的S2 与ZC45/ZXC21 的S2 具有很高的一致性(95%)。与此形成鲜明对比的是,SARS-CoV-2 和ZC45/ZXC21 之间,决定病毒可以感染哪种宿主(人类或蝙蝠)的S1 蛋白的保守性要低得多,其氨基酸序列同一性只有69%


图4 显示了6 种β 类冠状病毒的刺突蛋白的序列排列。两种是本次大流行中分离出来的病毒(Wuhan-Hu-1、2019-nCoV_USA-AZ1 );两种是疑似模板病毒(Bat_CoV_ZC45 ,Bat_CoV_ZXC21);两种是SARS 冠状病毒(SARS_GZ02、SARS)。受体结合基序RBM 在两条橙色线条之间突出显示。显然,尽管整体基因组的序列同一性很高,但SARS-CoV-2 的RBM 与ZC45 和ZXC21 的RBM 有显著差异。耐人寻味的是,SARS-CoV-2的RBM 与SARS 刺突的RBM 非常相似。虽然这不是一个精确的"复制和粘贴",仔细检查刺突-hACE2 结构[2][3]显示出所有让hACE2 结合或蛋白质折叠的必需残基(图3C 中的橙色线和红色短线在图4 中突出显示)被"保留"了下来。这些必需残基大部分被精确地保留下来,包括那些参与二硫键形成(C467,C474)和静电相互作用(R444,E452,R453,D454)的残基,这些是RBM 的结构完整性的关键(图3C 和4)。必需残基组内的少数变化几乎都是疏水"替换"(I428->L、L443->F、F460->Y、L472->F、Y484->Q),这应该不会影响蛋白质折叠或hACE2-相互作用。同时,大部分非必需的氨基酸残基都发生了"突变"(图4,未标红短线标记的RBM 残基)。仅从这个序列分析来看,我们很早就确信SARS-CoV-2 刺突蛋白不仅会与hACE2 结合,而且其结合方式也恰恰与原SARS 刺突蛋白和hACE2 之间的结合方式相同[4]。最近在结构上的工作证实了我们的预测[5]

  1. Song, W., Gui, M., Wang, X. & Xiang, Y. Cryo-EM structure of the SARS coronavirus spike glycoprotein in complex with its host cell receptor ACE2. PLoS Pathog 14, e1007236 (2018).
  2. Song, W., Gui, M., Wang, X. & Xiang, Y. Cryo-EM structure of the SARS coronavirus spike glycoprotein in complex with its host cell receptor ACE2. PLoS Pathog 14, e1007236 (2018).
  3. Li, F., Li, W., Farzan, M. & Harrison, S.C. Structure of SARS coronavirus spike receptor-binding domain complexed with receptor. Science 309, 1864-8 (2005).
  4. Scientific evidence and logic behind the claim that the Wuhan coronavirus is man-made. https://nerdhaspower.weebly.com (2020).
  5. Shang, J. et al. Structural basis of receptor recognition by SARS-CoV-2. Nature (2020).