SARS-CoV-2微型抑制蛋白的全新设计学术资讯

来源：中国生物技术网

编译：朱妙淳周翠怡魏韬（华南农业大学食品学院）

新型冠状病毒SARS-CoV-2感染通常始于鼻腔，病毒在那里复制数天，然后扩散到下呼吸道。因此，将高浓度的病毒抑制剂输送到鼻子和呼吸系统通常可以为早期感染的治疗提供预防性保护和治疗益处，并且对于医护人员和经常与感染者接触的其他人特别有用。SARS-CoV-2外层饰有刺突，当这些刺突与宿主血管紧张素转化酶2（ACE2）受体结合后，病毒便进入细胞。如果人们在新型冠状病毒SARS-CoV-2还没与宿主血管紧张素转化酶2（ACE2）受体结合前就利用另一种合适的蛋白与新冠病毒表面的刺突结合，蛋白就不能感染细胞。因此，靶向新型冠状病毒（SARS-CoV-2）刺突蛋白与人类血管紧张素转换酶2（ACE2）受体之间的相互作用是一种有前途的治疗策略，许多正在开发中的单克隆抗体疗法都靶向刺突蛋白，以作为2019年冠状病毒（COVID-19）疾病的全身治疗单克隆抗体药物。但这些蛋白不是鼻内给药的理想蛋白，因为抗体很大且通常不是非常稳定的分子。除此之外，其结合位点的密度很低也是影响因素之一。近日，美国华盛顿大学西雅图分校生物化学系团队在《Science》期刊上发表了一篇关于SARS-CoV-2微蛋白抑制剂的研究论文(《De novo design of picomolar SARS-CoV-2 miniprotein inhibitors》)。在此研究中，研究人员设计了一种稳定的微蛋白，这些蛋白与病毒刺突紧密结合并阻止其与ACE2结合。与抗体不同，这种微蛋白不需要在哺乳动物细胞中表达，它们的小尺寸和高稳定性可允许直接递送到鼻或呼吸系统。图表1计算设计方法概述研究人员使用了两种策略来设计与SARS-CoV-2穗受体结合域（RBD）具有高亲和力的蛋白迷你结合物。第一种方法，研究人员将ACE2的α-螺旋结合到一起，使用Rosetta蓝图构建器生成包含ACE2螺旋（人类ACE2残基23至46的残基）的微蛋白，这些蛋白与RBD进行了额外的相互作用以达到更高的亲和力（图1A）。第二种方法，研究人员不再依赖于已知的RBD绑定相互作用，将旋转异构体相互作用场（RIF）对接与大型计算机微蛋白文库结合使用，设计生成粘合剂（图1B），这种方法有利于发现潜在的更大的高亲和力结合模式。图表2相关测定数据接着，研究人员又对这两种方法所制备的粘合剂进行了筛选优化与测定。优化后的设计与RBD具有高亲和力，可与ACE2竞争，并且具有热稳定性。实验人员通过低温电子显微镜结构测定的数据计算证明此设计方法可以具有很高的精度，又通过对比发现全新设计的微蛋白的效果是最好的单克隆抗体的六倍。图表3通过设计的微蛋白抑制剂中和活病毒该研究设计的微型结合剂具有优于抗体作为潜在治疗剂的潜在优势，其与结合后病毒突变逃逸的可能性很小，具有耐热性。与抗体不同，微蛋白不需要在哺乳动物细胞中表达即可正确折叠且在等量的情况下具有更多的潜在中和位点，小尺寸和高稳定性还使其适合用于鼻腔应用的凝胶制剂，能通过雾化或以干粉形式直接输送至呼吸系统。与复杂的抗体相比，微蛋白的商品成本较低，规模化生产的可能性更高。随着方法的不断改进发展，相信此类微蛋白将有可能产生超高亲和力。研究人员将能在获得基因组序列后的几周内，进行病原体中和设计。在应对未知的未来大流行病时，这种能力可能是一般应对策略的重要组成部分。论文链接：https://science.sciencemag.org/content/370/6515/4262019年热文TOP101.