SARS-CoV-2 Omicron BA.1 および BA.2 サブバリアントのディープ ミューテーション スキャン

Study: Deep mutational scans for ACE2 binding, RBD expression, and antibody escape in the SARS-CoV-2 Omicron BA.1 and BA.2 receptor-binding domains. Image Credit: MedMoMedia/Shutterstock


bioRxiv* プレプリント サーバーに投稿された最近の研究では、研究者は、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス 2 (SARS-CoV-2) の Omicron バリアント オブ コンサーン (VOC) sub-VOC BA.1 および BA のディープ ミューテーション スキャン (DMS) を実行しました。 .2 受容体結合ドメイン (RBD)。

研究: SARS-CoV-2 Omicron BA.1 および BA.2 受容体結合ドメインにおける ACE2 結合、RBD 発現、および抗体エスケープのディープミューテーションスキャン。 画像著作権: MedMoMedia/Shutterstock

バックグラウンド

スパイク (S) タンパク質 RBD の変異 (mut) を取得することによる SARS-CoV-2 の継続的な進化は、アンギオテンシン変換酵素 2 (ACE2) 結合、フォールディング安定性、および抗体 (Ab) 認識に影響を与える可能性があります。 DMS は、そのような生化学的特性に対する突然変異の影響を特徴付け、SARS-CoV-2 サーベイランスの取り組みを知らせることができます。 ただし、突然変異の影響は、エピスタシスによる SARS-CoV-2 の進化によって異なる可能性があり、更新された DMS 分析の必要性が保証されます。

Omicron VOC は、SARS-CoV-2 RBD で最も顕著な進化的変化を示しており、それぞれ 15 の RBD mut と 16 の RBD mut を含む Omicron BA.1 と Omicron BA.2 サブ VOC を使用しています。 ただし、オミクロンによるSARS-CoV-2の進化的特徴の再形成は、十分に特徴付けられていません。 本研究の著者は以前、Y365W、F492W、および I358F などのコア変異体が、抗原性の変化なしに、武漢-Hu-1 株 (祖先) RBD および RBD ベースのナノ粒子ワクチンの安定性と収量を大幅に高めることを示しました。

研究について

本研究では、研究者はDMSを実行することで以前の分析を拡張し、オミクロンBA.1およびオミクロンBA.2 RBD変異がACE2受容体結合、RBDフォールディング、およびベブテロビマブモノクローナル抗体(mAb)認識に及ぼす影響を評価しました。 さらに、チームは、得られたデータを以前に公開された Omicron VOC のデータと比較して、潜在的なエピスタティック シフトを判断しました。

タンパク質の安定性は、RBD 発現の観点から評価されました。 Omicron BA.1 および Omicron BA.2 RBD のバックグラウンドで部位飽和突然変異誘発によって複製ライブラリーを調製し、変異体 VOC ライブラリーを武漢-Hu-1 バックグラウンドの酵母ディスプレイプラットフォームでクローニングしました。 ACE2受容体結合親和性に対するRBD mutの影響は、さまざまなhACE2(ヒトACE2)濃度でインキュベートされたプールされた酵母ディスプレイVOCプラットフォームによる表面発現に基づいて評価されました。

蛍光活性化セルソーティングシーケンス(FACS-seq)分析を実行して、すべてのACE2濃度でのすべての変異ライブラリーのRBD発現とACE2結合強度を定量化しました。 オミクロン VOC の突然変異ランドスケープにおけるエピスタティック シフトは、エピスタティック シフト メトリックを計算して、祖先株に関連してかなりの突然変異変化を伴うオミクロン BA.1 および BA.2 RBD の位置を特定説(推定)することによって、祖先株に関連して評価されました。 さらに、バイオレイヤー干渉法 (BLI) 分析を実行して、Omicron BA.1 および BA.2 RBD ACE2 結合動態を評価しました。 さらに、チームは、RBD mut によって促進されるベブテロビマブ エスケープの経路を評価しました。

結果

Omicron RBD のいくつかの変異の影響は、祖先株 RBD の影響とは異なり、N501Y 変異が収束して上位に変化するため、上位のシフトはベータ VOC で観察されたものと似ていました。 ただし、Omicron VOCは、Omicron以前のVOCと比較して、ACE2結合に対するN501YおよびQ498R Omicron mutの好感度を高める上位の定着を含む、追加のサブリネージ固有の上位シフトを示しました。

対照的に、Omicron Q493R 変異は定着を示さず、R​​493 変異は祖先株 RBD と同様に Omicron RBD の ACE2 受容体結合に不利でした。 R493Q 復帰は、BA.4/5 や BA.2.75 などの Omicron サブ VOC で発生し、付随する抗原変化が増強されたに違いありません。 オミクロン サブ VOC BA.1 および BA.2 は、祖先株と比較して、低い RBD 発現と Ab エスケープ サイトの拡大を示しました。

Alpha VOC、Beta VOC、Delta VOC、および Eta 株 RBD について以前に文書化された DMS の調査結果と同様に、2 つの Omicron サブ VOC RBD は高い変異耐性を示しました。 Omicron の場合、いくつかの親和性を高める mut は、Omicron が出現したときに mut を発生させた R493 または N417 残基部位での二次的な変更または復帰でした。 Omicron 安定化変異は、RBD コアの 358、363、365、および 392 位と、末梢ループ領域の 369、374、および 376 位で同定されました。

注目すべきは、祖先株 RBD (V395I、F392W、および Y365F) の ‘rpk9’ 安定化 mut 組み合わせが、Omicron BA.1 表面発現を強化したことです。 サイト 439、453、および 455 は、武漢-Hu-1 とオミクロンの間で変更されていません。 ただし、位置は、親和性を高める突然変異の利用可能性を変えるエピスタティックシフトを示しました。 例えば、N439Kは祖先株のACE2結合親和性を高め、最初に循環するSARS-CoV-2 VOCで収束的に発生し、ACE2に対するOmicron RBDの結合親和性を低下させました。 逆に、L455W は武漢-Hu-1 親和性を低下させましたが、ACE2 に対する Omicron sub-VOC 親和性を増加させました。

それぞれ、SARS-CoV-1 および RsSHC014 の Y455 および W455 変異 (SARS-CoV-2 ナンバリング)、およびオミクロンの ACE2 受容体結合を増強する上位性シフトは、部位 455 が SARS-CoV-の将来の進化に潜在的に関連することを示しました。 2. N501Y祖先株mutはACE2結合親和性を12倍増強したが、Y501NはOmicron BA.1とOmicron BA.2の親和性をそれぞれ288倍と1096倍減少させた。 ただし、塹壕パターンは、N501Y 復帰が将来の Omicron サブ VOC で発生する可能性が低いことを示していました。 BLI 分析でも同様の結果が得られました。

Omicron RBD の R493Q 復帰は、ACE2 受容体結合親和性を強化し、VOC の F486V などの追加の ACE2 結合親和性低下突然変異を可能にし、免疫回避を促進しました。 武漢-Hu-1 での Bebtelovimab エスケープは、V445、K444、および P499 残基変異に起因し、Omicron サブ VOC RBD で見られ、サイト 466 のものを含め、より多くの変異およびエスケープ部位が見られました。

結論

全体として、この研究結果は、DMS によるオミクロン BA.1 とオミクロン BA.2 のエピスタティック シフトと変異プロフィールァイルを強調しており、SARS-CoV-2 の監視と予測における継続的な取り組みに情報を提供する可能性があります。

*重要なお知らせ

bioRxiv は、査読されていない暫定的な科学レポートを発行しているため、決定的なものと見なしたり、臨床診療/健康関連の行動をガイドしたり、確立された情報として扱ったりするべきではありません。



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