사스

Sep 02, 2023

Nature 592권, 122~127페이지(2021)이 기사 인용

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측정항목 세부정보

인간에서 SARS-CoV-2가 진화하는 동안 스파이크 당단백질(S)에서 D614G 치환이 나타났습니다. 이러한 치환을 포함하는 바이러스는 코로나19 팬데믹에서 가장 널리 퍼지는 변종이 되었습니다1. 그러나 이 변종의 유병률 증가가 인간의 복제 및/또는 전염을 향상시키는 적합성 이점을 반영하는지 아니면 단순히 창시자 효과로 인한 것인지는 아직 알려지지 않았습니다. 여기에서 우리는 동종 SARS-CoV-2 변종을 사용하여 S(D614G)를 포함하는 변종이 인간 세포 표면 수용체 안지오텐신 전환 효소 2(ACE2)에 대한 결합을 강화하고 일차 인간 기관지 및 비강 기도 상피에서 복제를 증가시켰음을 입증합니다. 인간 ACE2 녹인(knock-in) 마우스 모델뿐만 아니라 배양에서도 확인되었으며, SARS-CoV-2 감염의 햄스터 및 페럿 모델에서 복제 및 전염성이 현저하게 증가했습니다. 우리의 데이터는 S의 D614G 대체가 시험관 내 결합 및 복제의 미묘한 증가를 가져오고 특히 전송 병목 현상 동안 생체 내에서 실질적인 경쟁 우위를 제공한다는 것을 보여줍니다. 따라서 우리의 데이터는 현재 유통되고 있는 SARS-CoV-2 바이러스 중 S(D614G)를 포함하는 변종의 전 세계적 우세에 대한 설명을 제공합니다.

2019년 말, SARS-CoV-2는 우한(중국 후베이성)에서 발견되었으며2,3 급속히 코로나19 대유행으로 이어졌습니다. 2020년 12월까지 이 질병으로 인한 사례는 7천만 건, 사망자는 150만 명으로 확인되었습니다4. SARS-CoV-2는 취약한 집단의 사람들에게 생명을 위협하는 폐렴을 유발합니다5. SARS-CoV-2가 세포로 유입되는 것은 S와 ACE의 상호작용에 달려 있습니다23,6. S는 프로테아제 절단 부위에 의해 분리된 2개의 서브유닛(S1 및 S2)을 포함하는 동종삼합체 클래스 I 융합 단백질입니다. S1은 구형 머리를 형성하고 수용체 결합에 필수적이며, S2는 바이러스 외피와 숙주 세포막의 융합을 중재합니다. 진입하는 동안 S1 하위 단위 내의 수용체 결합 도메인은 ACE2와 결합하여 S2 하위 단위의 구조적 변화를 생성하고 바이러스의 내재화를 촉진합니다7,8. S(D614G)는 단백질의 구조적 변화를 일으키는 것으로 생각되는 수용체 결합 도메인 외부의 치환을 포함하는 S의 변종으로, 이는 ACE2 결합을 향상시키고 감염 가능성을 높입니다1,9.

대유행이 진행됨에 따라 S(D614G)(이하 SARS-CoV-2G614)를 포함하는 SARS-CoV-2 변종은 부모 변종(S의 아미노산 위치 614에 D가 있음, 이하 SARS-CoV-2G614)을 빠르게 대체했습니다. CoV-2D614)의 빈도가 전 세계적으로 우세해질 것입니다. 유전자형 빈도의 이러한 변화는 상호 연결된 인구 집단에 도입된 후 창시자 효과로 인해 발생할 수 있습니다. 또는 SARS-CoV-2G614는 SARS-CoV-2D614에 비해 피트니스 이점이 있을 수 있습니다. 일부 연구에서는 S의 D614G 대체가 세포 진입을 개선하여 바이러스에 적합성 이점을 제공할 수 있다고 제안했습니다8,9. 코로나19 팬데믹 기간 동안 SARS-CoV-2G614의 확산과 우세에 있어 S에서 D614G 치환의 역할을 다루기 위해 우리는 인간 ACE2(hACE2)에 대한 S 결합과 시험관 내 복제 동역학을 특성화하고 감염 및 전염 역학을 평가했습니다. vivo에서는 세 가지 동물 모델을 사용합니다. 우리의 데이터는 S의 D614G 치환이 hACE2 수용체에 대한 결합을 증가시키고 일차 인간 기도 상피 배양에서 복제를 증가시킨다는 것을 보여줍니다. 더욱이, 재조합 동종 SARS-CoV-2 변종을 비교하면 S의 D614G 치환이 hACE2 녹인 마우스 모델에서 경쟁 우위를 제공하고 SARS-CoV-2 감염의 시리아 햄스터 및 흰족제비 모델에서 복제 및 전파가 현저히 증가한다는 것을 보여줍니다. .

S에서 D614G 치환의 효과를 측정하기 위해 먼저 생물층 간섭계를 사용하여 S1 도메인 단량체와 hACE2의 결합을 정량화했습니다. S1과 S1(D614G)은 모두 hACE2에 효율적으로 결합합니다. 그러나 S1(D614G)은 S1보다 약 2배 더 높은 친화력을 나타냈습니다(그림 1a, 보충 표 2). 유사하게, S(D614G)는 전장 단량체 형태가 사용될 때 S보다 hACE2에 대한 친화력이 더 높았습니다(확장 데이터 그림 1a, 보충 표 2). S에서의 D614G 치환은 또한 아기 햄스터 신장 세포(이하, BHK-hACE2 세포)에서 외인적으로 발현되는 hACE2에 대한 S1 결합을 강화시켰다(그림 1b, 확장 데이터 그림 1b). 폴리히스티딘 태그가 붙은 S1 또는 S1(D614G)과 BHK-hACE2 세포의 결합은 유동 세포 계측법을 통해 S1보다 BHK-hACE2 세포에 더 많은 S1(D614G)이 결합한다는 것을 보여주었습니다(그림 1b, 확장 데이터 그림 1b). IgG C 말단에 부착된 S1을 포함하는 동종이량체 재조합 구조물을 사용할 때, 우리는 BHK-hACE2 세포에 대한 S1(D614G) 단백질의 증가된 결합에서 더 주목할만한 효과를 관찰했습니다(그림 1b, 확장 데이터 그림 1b).