Het dynamische model van SARS-CoV-2-verhogingsproteïne toont potentiële nieuwe vaccindoelstellingen
Nieuw model legt glycaanmoleculen vast, waarvan de bewegingen een groot deel van het spike-eiwit beschermen tegen immuunafweercellen
Het belangrijkste kenmerk van Sars-CoV-2 is het stekelige eiwit, dat zich over het oppervlak uitstrekt en het mogelijk maakt menselijke cellen te targeten en te infecteren. Veel onderzoek heeft geresulteerd in gedetailleerde statische modellen van het spike-eiwit, maar deze modellen leggen niet de elasticiteit van het spike-eiwit zelf vast, noch de bewegingen van beschermende glycanketens van de suikermoleculen die het inkapselen. Een nieuw en gedetailleerd model van het oppervlak van het SARS-CoV-2-spike-eiwit, ontwikkeld door wetenschappers van het Max Planck Institute for Biophysics in Frankfurt am Main, toont voorheen onbekende kwetsbaarheden die zouden kunnen leiden tot de ontwikkeling van vaccins.
SARS-CoV-2 bindt zich met een dunne steel aan het virale membraan. De intens paarse vlekken op het oppervlak duiden op mogelijke doelwitten van antilichamen die niet worden beschermd door glycanketens van suikermoleculen die in groen worden weergegeven.
© MPI voor Biophysics / Mateusz Sikora et al.
Om te helpen bij de ontwikkeling van vaccins, wilden Matthews Secura en zijn collega’s potentiële nieuwe doelwitplaatsen op het oppervlak van het doorn-eiwit identificeren. Om dit te doen, ontwikkelden ze moleculaire dynamische simulaties die de volledige eiwitstructuur en bewegingen van de spike in een realistische omgeving vastleggen.
Deze simulatie laat zien dat de glycanen op het spike-eiwit werken als een dynamisch beschermend schild dat het virus helpt het menselijke immuunsysteem te ontwijken. Net als bij autoruitenwissers, bedekken glycans bijna het hele oppervlak van de piek door heen en weer te klapperen, zelfs als het te allen tijde een minimale dekking heeft.
Door dynamische spike-eiwitsimulatie te combineren met aanvullende bioinformatische analyses, identificeerden de onderzoekers plaatsen op het oppervlak van de stekelige eiwitten die het minst worden beschermd door glycaan-schilden. Sommige ontdekte sites zijn al geïdentificeerd in eerder onderzoek, maar sommige zijn nieuw. De levensvatbaarheid van veel van deze nieuwe sites werd bevestigd door andere onderzoeksgroepen in latere laboratoriumexperimenten. “We bevinden ons in de fase van een pandemie die voortdurend verandert met de opkomst van nieuwe varianten van het SARS-CoV-2-virus, met mutaties die specifiek gericht zijn op het spike-eiwit”, zegt Sikora. “Onze aanpak kan het ontwerp van vaccins en therapeutische antilichamen ondersteunen, vooral wanneer gevestigde methoden falen.” De methode die voor deze studie is ontwikkeld, kan ook worden gebruikt om mogelijke zwakheden in andere virale eiwitten te identificeren.