SARS

Sep 02, 2023

Nature volume 592、pages 122–127 (2021)この記事を引用

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メトリクスの詳細

ヒトにおける SARS-CoV-2 の進化の過程で、スパイク糖タンパク質 (S) の D614G 置換が出現しました。 この置換を含むウイルスは、新型コロナウイルス感染症のパンデミックにおいて主に流行している変異種となっています1。 しかし、この変異体の有病率の増加が、ヒトにおける複製および/または伝達を改善する適応度の利点を反映しているのか、それとも単に創始者効果によるものなのかは不明のままである。 今回我々は、同質遺伝子型の SARS-CoV-2 変異体を使用して、S(D614G) を含む変異体がヒト細胞表面受容体アンジオテンシン変換酵素 2 (ACE2) への結合を強化し、ヒト気管支および鼻の初代気道上皮における複製を増加させたことを実証します。培養物およびヒトACE2ノックインマウスモデルでも同様であり、SARS-CoV-2感染のハムスターおよびフェレットモデルでは複製と伝播率が顕著に増加した。 我々のデータは、S における D614G 置換が in vitro での結合と複製のわずかな増加をもたらし、in vivo で、特に伝達ボトルネック時に真の競争上の優位性を提供することを示しています。 したがって、私たちのデータは、現在流行している SARS-CoV-2 ウイルスの中で S(D614G) を含む変異株が世界的に優勢であることの説明を提供します。

2019 年後半、SARS-CoV-2 が武漢（中国湖北省）で検出され 2,3、急速に新型コロナウイルス感染症のパンデミックを引き起こしました。 2020 年 12 月までに、この病気による 7,000 万人の感染者と 150 万人の死亡が確認されています4。 SARS-CoV-2 は、脆弱な人々に生命を脅かす肺炎を引き起こします5。 SARS-CoV-2 の細胞への侵入は、S と ACE の相互作用に依存します23,6。 S は、プロテアーゼ切断部位によって分離された 2 つのサブユニット (S1 および S2) を含むホモ三量体クラス I 融合タンパク質です。 S1 は球状の頭部を形成し、受容体結合に不可欠であり、S2 はウイルスエンベロープと宿主細胞膜の融合を媒介します。 侵入中に、S1 サブユニット内の受容体結合ドメインが ACE2 に結合し、これにより S2 サブユニットに構造変化が生じ、ウイルスの内部移行が促進されます 7,8。 S(D614G) は、受容体結合ドメインの外側に置換を含む S の変異体で、タンパク質の構造変化を引き起こすと考えられており、これにより ACE2 結合が改善され、感染の確率が増加します 1,9。

パンデミックが進行するにつれて、S(D614G)を含むSARS-CoV-2変異体（以下、SARS-CoV-2G614））が親変異体（Sのアミノ酸614位にDを持つ；以下、SARS- CoV-2D614) の頻度が世界的に優勢になる可能性があります。 このような遺伝子型頻度の変化は、高度に相互関係のある集団への導入後の創始者効果によって引き起こされる可能性があります。 あるいは、SARS-CoV-2G614 は SARS-CoV-2D614 よりも適応性に優れている可能性があります。 いくつかの研究では、S の D614G 置換が細胞侵入を改善することによりウイルスに適応性の利点を与える可能性があることを示唆しています 8,9。 新型コロナウイルス感染症パンデミックにおけるSARS-CoV-2G614の蔓延と優勢におけるSにおけるD614G置換の役割に取り組むために、我々は、ヒトACE2（hACE2）へのS結合と複製動態をin vitroで特徴付け、感染と伝達の動態を評価した。 3 つの動物モデルを使用した vivo。 我々のデータは、S における D614G 置換が hACE2 受容体への結合の増加とヒト気道上皮初代培養における複製の増加をもたらすことを示しています。 さらに、同質遺伝子組み換えSARS-CoV-2変異体の比較により、SのD614G置換がhACE2ノックインマウスモデルにおいて競争上の優位性を提供し、SARS-CoV-2感染のシリアンハムスターおよびフェレットモデルにおいて複製と伝播を顕著に増加させることが示されている。 。

S における D614G 置換の効果を測定するために、我々はまず生体層干渉法を使用して S1 ドメインモノマーの hACE2 への結合を定量しました。 S1 と S1(D614G) は両方とも hACE2 に効率的に結合します。 ただし、S1(D614G)はS1よりも約2倍高い親和性を示しました(図1a、補足表2)。 同様に、S(D614G)は、全長単量体形態を使用した場合、Sの親和性よりもhACE2に対して高い親和性を示しました(拡張データ図1a、補足表2)。 SのD614G置換により、ベビーハムスター腎臓細胞（以下、BHK-hACE2細胞）で外因的に発現されたhACE2へのS1の結合も強化されました（図1b、拡張データ図1b）。 ポリヒスチジンタグ付きS1またはS1（D614G）のBHK-hACE2細胞への結合は、フローサイトメトリーにより、S1よりも多くのS1（D614G）がBHK-hACE2細胞に結合することを示しました（図1b、拡張データ図1b）。 IgG C末端に結合したS1を含むホモ二量体組換え構築物を使用した場合、S1(D614G)タンパク質のBHK-hACE2細胞への結合の増加においてより顕著な効果が観察されました（図1b、拡張データ図1b）。