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Jan 04, 2024

보상 전이는 SARS에서 ACE2 친화력을 유지합니다

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Nature Communications 13권, 기사 번호: 7011(2022) 이 기사 인용

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Omicron BA.1 변종은 2021년 말에 등장하여 전 세계로 빠르게 확산되었습니다. 초기 SARS-CoV-2 변종과 비교하여 BA.1에는 많은 돌연변이가 있으며, 그 중 일부는 항체 탈출을 가능하게 하는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 항체 탈출 돌연변이 중 다수는 개별적으로 ACE2에 대한 스파이크 수용체 결합 도메인(RBD) 친화력을 감소시키지만 BA.1은 여전히 ​​높은 친화력으로 ACE2와 결합합니다. 따라서 BA.1 계통의 적합성과 진화는 수많은 돌연변이의 결합된 효과에 의해 주도됩니다. 여기에서 우리는 우한 Hu-1 균주에 비해 BA.1의 RBD에 있는 15개 돌연변이 간의 상위성 상호작용을 체계적으로 매핑합니다. 구체적으로, 우리는 조상 우한 Hu-1 계통에서 BA.1까지 가능한 모든 진화 중간체에 걸쳐 이러한 15개 돌연변이(215 = 32,768 유전자형)의 가능한 모든 조합의 ACE2 친화성을 측정합니다. 우리는 BA.1의 면역 탈출 돌연변이가 ACE2 친화력을 개별적으로 감소시키지만 Q498R 및 N501Y를 포함한 다른 친화력 강화 돌연변이와의 상위성 상호작용에 의해 보상된다는 것을 발견했습니다. 따라서 ACE2 친화성을 유지하면서 면역을 회피하는 BA.1의 능력은 여러 상호 작용 돌연변이를 획득하는 데 달려 있습니다. 우리의 결과는 보상적 전이가 SARS-CoV-2의 실질적인 진화적 변화를 이끄는 주요 요인임을 암시하며 만성 감염에서 발생하는 Omicron BA.1과 일치합니다.

SARS-CoV-2의 Omicron BA.1 변종은 2021년 11월에 출현하여 전 세계적으로 빠르게 확산되었으며, 이는 부분적으로 백신 접종을 받았거나 이전에 감염된 개인의 기존 면역을 벗어날 수 있는 능력에 힘입은 것입니다1,2. 놀랍게도 Omicron은 당시 널리 퍼져 있던 Delta 계통의 후손으로 등장하지 않았습니다. 대신, 스파이크 단백질 수용체 결합 도메인(RBD)1 내의 15개 돌연변이를 포함하여 당시 널리 유통되지 않았던 계통 내에서 수십 개의 돌연변이가 축적된 후 고도로 분기된 균주로 나타났습니다.

최근 연구에 따르면 이러한 15개 RBD 돌연변이 중 일부(일부는 다른 변종에서 볼 수 있음)가 특정 단클론 항체3,4,5,6,7의 결합을 방해하여 잠재적으로 면역 탈출에 기여하는 것으로 나타났습니다. 그러나 이러한 돌연변이의 대부분은 우한 Hu-1, Delta 또는 기타 여러 SARS-CoV-2 계통 내에서 발생할 때 인간 ACE2에 대한 결합 친화도를 감소시키는 것으로 나타났으며8,9 잠재적으로 숙주 세포로의 바이러스 유입을 손상시킵니다. 대조적으로, Omicron RBD는 ACE210,11에 대한 강한 친화력을 유지하면서 이러한 탈출 돌연변이를 허용하며, 이는 이 계통의 다른 돌연변이가 바이러스 진입을 유지하는 데 도움이 될 수 있음을 시사합니다.

이전 연구에서는 예를 들어 심층 돌연변이 스캐닝(DMS)9,12을 사용하여 항체 결합 및 ACE2 친화성에 대한 돌연변이 효과를 체계적으로 분석했습니다. 그러나 이러한 접근법은 특정 유전적 배경에 대한 단일 돌연변이의 영향에 중점을 둡니다. 따라서 기존 변종의 진화 첫 단계를 이해하는 데 유용하지만 더 긴 진화 궤적에 걸쳐 여러 돌연변이가 어떻게 상호 작용하는지 설명할 수는 없습니다. 따라서 Omicron에서 관찰된 것과 같은 돌연변이 조합이 어떻게 상호 작용하여 면역을 회피하고 ACE2에 대한 강한 친화력을 유지하는지는 불분명합니다. 이 문제를 해결하기 위해 우리는 Omicron BA.1 RBD의 15개 돌연변이(총 215개 = 32,768개 변종)의 가능한 모든 조합을 포함하는 플라스미드 라이브러리를 구성하기 위해 조합 조립 접근법을 사용했습니다. 현재까지 바이러스 단백질의 조합적으로 완전한 라이브러리 중 최대 규모를 나타내는 이 라이브러리에는 우한 Hu-1과 Omicron BA.1 RBD 사이에 가능한 모든 진화 중간체가 포함되어 있습니다. 우리는 이 플라스미드 라이브러리를 표준 효모 디스플레이 균주로 변형하여 각 세포가 해당 세포의 플라스미드에 해당하는 단일 단량체 RBD 변이체를 표시하는 효모 라이브러리를 만들었습니다. 그런 다음 처리량이 많은 유동 세포 계측법 및 시퀀싱 기반 방법인 Tite-Seq를 사용하여 인간 ACE2에 대한 모든 32,768개의 RBD 변이체의 결합 친화도 KD,app를 측정했습니다("방법", 보충 그림 1A 참조). 병행하여.