Los glicanos influyen en la afinidad de unión del pico de SARS-CoV-2-ACE2, encuentra un estudio


Un estudio realizado en el Laboratorio Nacional de Los Alamos, EE. UU., Y la Universidad de Concordia, Canadá, ha explorado el impacto de diferentes tipos de glucanos en la interacción entre el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2) proteína de pico y receptor 2 de la enzima convertidora de angiotensina humana (ACE2).

Los hallazgos revelan que aunque la interacción pico-ACE2 no está directamente influenciada por los glucanos, existen glucanos específicos en ACE2, como manosa-9 (MAN9) y 2 antenas flucosiladas del complejo sialado (FA2), que pueden alterar significativamente la afinidad. entre la proteína de pico y ACE2. El estudio está disponible actualmente en el bioRxiv* servidor de preimpresión.

Estudio: Explorando el papel de los glucanos en la interacción del SARS-CoV-2 RBD y el receptor humano ACE2.  Haber de imagen: Juan Gaertner / Shutterstock

Fondo

El síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2) es un virus de ARN altamente infeccioso responsable de la actual pandemia de enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19). Ahora está bien establecido que la infección por SARS-CoV-2 se inicia con la interacción entre el dominio de unión al receptor de pico (RBD) y el receptor ACE2 de la célula huésped. A esto le sigue la activación proteolítica del pico viral y la posterior fusión entre la envoltura del virus y la membrana de la célula huésped.

Estructuralmente, tanto la proteína de pico como la ACE2 están densamente glicosiladas con distintos tipos de N-glicanos unidos a asparagina. Algunos de estos glucanos están presentes en la interfaz RBD-ACE2, lo que sugiere que los glucanos pueden influir en las características de unión de RBD-ACE2. Previamente, se ha observado que los glicanos juegan un papel en la modulación de la exposición del epítopo y la afinidad del anticuerpo por el pico RBD. Además, existe evidencia que indica que la entrada de SARS-CoV en la célula huésped se puede prevenir interrumpiendo la glicosilación de ACE2.

En el estudio actual, los científicos han explorado si los diferentes tipos de glucanos juegan algún papel en la modulación de la interacción pico RBD – ACE2. Han utilizado enfoques de simulación de dinámica molecular para analizar sus preguntas de estudio.

Diseño del estudio

En el estudio, los científicos analizaron dos modelos del complejo RBD – ACE2. En un modelo RBD – ACE2, los glicanos MAN9 se unieron a los residuos Asn53, Asn90, Asn103, 59 Asn322, Asn432 y Asn546 ob de ACE2. De manera similar, en otro modelo, los glicanos FA2 se unieron a los mismos residuos de ACE2. En ambos modelos, se unió un solo glicano FA2 al Asn343 del pico RBD.

Para evaluar el impacto de los glicanos, llevaron a cabo simulaciones de solvente explícito de átomos de tres condiciones: el complejo RBD – ACE2 con glicanos MAN9; el complejo RBD – ACE2 con glicanos FA2; y el complejo RBD – ACE2 sin ningún glicano.

Observaciones importantes

Los hallazgos del estudio de simulación revelaron que el contacto físico entre el pico RBD y ACE2 no se vio afectado por la presencia de glucanos y que los glucanos no influyeron en las orientaciones relativas de RBD – ACE2. Además, los datos de simulación identificaron que las interacciones entre los residuos en la hélice N-terminal de ACE2 y el motivo de unión al receptor de RBD formaban los complejos más persistentes.

En otro conjunto de experimentos, los científicos estudiaron el efecto de la mutación N501Y en la interacción RBD-ACE2. El N501Y es una mutación de pico de RBD que se observa principalmente en la variante recién surgida del Reino Unido (B.1.1.7) del SARS-CoV-2. Al analizar las interacciones simuladas, observaron que la mutación N501Y RBD estabilizó aún más el complejo RBD-ACE2 al interactuar con Y41 y K353 de ACE2. Esto explica el aumento de la transmisibilidad observado en la variante británica del SARS-CoV-2.

La afinidad de unión de RBD-ACE2 depende de glicanos.  (a) Para evaluar la energía de enlace entre RBD-ACE2, se aplicó el enfoque MM-PBSA.  La energía de unión se calculó para simulaciones sin glicanos (barra blanca) y con glicanos MAN9 (barra magenta) o glicanos FA2 (barra azul) en ACE2.  Las simulaciones con glicanos MAN9 en ACE2 están asociadas con una disminución del 14: 7% en la estabilidad, en relación con las simulaciones sin glicanos.  Por el contrario, las simulaciones con glicanos FA2 en ACE2 dan como resultado un aumento del 9: 1% en la estabilidad.  (b) Potencial de superficie electrostático calculado para ACE2 y RBD.  Dos vistas complementarias muestran que la superficie ACE2 está cargada negativamente en general, mientras que la superficie de RBD es positiva en general.

La afinidad de unión de RBD-ACE2 depende de glicanos. (a) Para evaluar la energía de enlace entre RBD-ACE2, se aplicó el enfoque MM-PBSA. La energía de unión se calculó para simulaciones sin glicanos (barra blanca) y con glicanos MAN9 (barra magenta) o glicanos FA2 (barra azul) en ACE2. Las simulaciones con glicanos MAN9 en ACE2 están asociadas con una disminución del 14: 7% en la estabilidad, en relación con las simulaciones sin glicanos. Por el contrario, las simulaciones con glicanos FA2 en ACE2 dan como resultado un aumento del 9: 1% en la estabilidad. (b) Potencial de superficie electrostático calculado para ACE2 y RBD. Dos vistas complementarias muestran que la superficie ACE2 está cargada negativamente en general, mientras que la superficie de RBD es positiva en general.

Para examinar más a fondo las interacciones de los glucanos RBD-ACE2, los científicos analizaron a fondo las interacciones entre los residuos de RBD y los glucanos MAN9 o FA2 unidos a ACE2. Sus hallazgos revelaron que la probabilidad de interacción entre el pico RBD y los glucanos presentes en el residuo Asn90 de ACE2 era significativamente mayor que la de otros glucanos. Sin embargo, notaron que el contacto entre RBD y el glucano Asn90 ACE2 no compitió con la interacción RBD-ACE2 a nivel de proteína. Con un análisis más detallado, observaron que los efectos estéricos del glucano Asn90 retrasaron la disociación de RBD, lo que a su vez aumentó la estabilización de la interacción RBD-ACE2.

Además, investigaron el impacto de las interacciones glucano-glucano en la afinidad de unión RBD-ACE2. Los hallazgos revelaron que el glicano Asn343 de RBD interactuaba con más frecuencia con los glicanos Asn53 y Asn322 de ACE2, lo que sugiere que estas interacciones pueden contribuir a la afinidad RBD-ACE2.

Para investigar alteraciones relativas en las interacciones RBD – ACE2 con y sin glucanos, realizaron un análisis energético de unión utilizando el enfoque de Mecánica Molecular Área de Superficie de Poisson-Boltzmann (MM-PBSA). Los hallazgos revelaron que mientras que el glicano MAN9 en ACE2 redujo la afinidad RBD-ACE2, la presencia del glicano FA2 aumentó la afinidad. Además, los hallazgos identificaron que las distintas propiedades electrostáticas de los ácidos siálicos cargados negativamente en el glicano FA2 son los principales contribuyentes de una mayor afinidad.

Importancia del estudio

El estudio destaca la importancia de los tipos de glucanos específicos en la modulación de la afinidad de unión entre el pico RBD y ACE2. En otras palabras, diferentes tipos de glucanos unidos al receptor ACE2 del huésped determinan la estabilidad de la interacción RBD-ACE2. Curiosamente, los hallazgos revelan que las propiedades electrostáticas de los glicanos ACE2 específicos influyen en la afinidad de unión sin alterar las interacciones físicas entre el virus y el huésped.

*Noticia importante

bioRxiv publica informes científicos preliminares que no son revisados ​​por pares y, por lo tanto, no deben considerarse concluyentes, guiar la práctica clínica / comportamiento relacionado con la salud o tratarse como información establecida.

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