پروتئین اسپایک در ویروس کرونا چیست و چه عملکردی دارد؟

پروتئین اسپایک چیست؟

ژنوم RNAای کرونا ویروس ها با میانگین طول 29Kb طویل ترین در میان ویروس های RNAای است و حاوی 6 تا 10 چارچوب خوانش باز ( ORFs ) است که مسئول کد کردن پروتئین های همانند ساز و پروتئین های ساختاری برای ویروس هستند. هر یک از اجزای ژنوم ویروسی درون یک نوکلئوکپسید مارپیچ بسته بندی می شود که به وسیله غشای لیپیدی دولایه احاطه شده است. پوشش ویروسی کرونا ویروس ها معمولا از 3 نوع پروتئین تشکیل شده است شامل پروتئین غشایی ( M )، پروتئین پوششی ( E ) و پروتئین اسپایک ( s ).
پروتئین اسپایک یک پروتئین ترانس ممبرین نوع 1 بزرگ و به شدت گلیکوزیله شده است که از 1160 تا 1400 آمینواسید بسته به نوع ویروس تشکیل شده است. در مقایسه با پروتئین های M و E که اساسا در اسمبل کردن سلول نقش دارند، پروتئین s نقش حیاتی را در نفوذ به سلول میزبان و شروع عفونت بازی می کند.
پروتئین های s در کروناویروس ها به دو زیرواحد عملکردی مهم تقسیم می شوند که در آن ها N-terminal زیرواحد S1، سر کروی پروتئین اسپایک را تشکیل می دهد و C-terminal زیرواحد S2 ، ستون پروتئین را تشکیل می دهد و مستقیما درون پوشش ویروس فرو رفته است.

در هنگام میانکنش با یک سلول میزبان مستعد، زیرواحد S1 گیرنده سلول میزبان را شناسایی و به آن متصل می شود ، در حالی که زیرواحد S2 که حفاظت شده ترین ( conserved ) مولفه ی پروتئین S است مسئول ادغام کردن پوشش ویروس با غشای سلول میزبان است. با اتصال زیرواحد S1 دو تغییر کانفورماسیون اصلی در زیرواحد S2 برای ادغام شدن با غشای سلول میزبان صورت می پذیرد.

دو مولفه ی اصلی زیرواحد S2 که در این ادغام دخیلند شامل توالی های هفت تکرار HR1 و HR2 هستند. اولین تغییر کانفورماسیون با عنوان prehairpin شناخته می شود و شامل تغییر حالت یک اتصال دهنده غیر ساختاری ( unstructured linker ) در زیرواحد S2 به شکل مارپیچ است. دومین تغییر کانفورماسیون شامل وارونگی C-helix این زیرواحد به مارپیچ ( coil ) است که منجر به تشکیل یک دسته 6 پیچه ای ( six-helix bundle ) می شود. زمانی که تغییر کانفورماسیون ها کامل شد، پپتید ادغام کننده به غشای سلول میزبان متصل ( anchor ) می شود و ویروس می تواند به سمت غشای سلول حرکت کند و نزدیک تر شود و در آخر نوکلئوکپسید را وارد سلول هدف کند.

پروتئین S در ویروس ها به ویژه در ویروس SARS-CoV-2 یک القاگر اصلی آنتی بادی های خنثی گر ( NAbs ) است. Nab ها آنتی بادی های حفاظتی هستند که به طور طبیعی توسط سیستم ایمنی هومورال تولید می شوند. برای انجام عملکرد ضد ویروسی، Nab ها به سطوح اپیتوپی ذرات ویروسی متصل می شوند و از ورودشان به سلول میزبان جلوگیری می کنند. حساسیت پروتئین S در SARS-CoV-2 نسبت به Nab ها باعث شده است که بسیاری از محققان در زمینه توسعه عوامل استانداردی مشغول به تحقیق شوند که بتواند از اتصال و ادغام پروتئین S در SARS-CoV-2 به سلول میزبان جلوگیری کند.
بدون پروتئین S ویروس هایی مانند SARS-CoV-2 جدید نمی توانند با سلول های میزبان های مستعد انسانی و حیوانی میانکنش دهند و باعث عفونت شوند. در نتیجه پروتئین S نشانگر یک هدف ایده آل برای تحقیقات ضدویروسی و همچنین تولید واکسن است.