【バイオハザード】武漢コロナが生物兵器で、フリン阻害剤の抗HIV薬が効く理由!?→武漢コロナはACE2を狙って侵入し、フリンを乗っ取って自己複製する。
2020年 02月 29日
かれをしりおのれをしればひゃくせんあやうからず・・・・・
敵の実力や現状をしっかりと把握し、自分自身のことをよくわきまえて戦えば、なんど戦っても、勝つことができるものです。なにか問題を解決するときも、その内容を吟味し、自分の力量を認識したうえで対処すれば、うまくいくものです。
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論文タイトル:新しいコロナウイルス2019-nCoVのスパイク糖タンパク質には、同じクレードのCoVには存在しないフリンTのような切断部位が含まれています要旨:2019年、中国の武漢で、ヒトに感染する新しいコロナウイルス(2019-nCoV)が出現しました。 そのゲノムの配列が決定され、ゲノム情報が即座に公開されました。 SARS-CoVおよびSARSのようなCoVのゲノム配列との高い類似性にもかかわらず、我々は、他のSARSのようなCoVに欠けている2019-nCoVのSpikeタンパク質に特有のフリンのような切断部位を特定しました。 この記事では、ウイルスサイクルにおけるこの切断部位の考えられる機能的結果、病原性、および抗ウイルス剤の開発における潜在的な影響について説明します。ヒトコロナウイルス(CoV)は、ニドウイルス目に属するエンベロープのあるプラス鎖RNAウイルスであり、上気道および消化管の感染の主な原因です。中でも、2002年と2013年にそれぞれ広がったSARS-CoVとMERS-CoVは、重度の肺炎や細気管支炎などの重度の人間の病気、さらに脆弱な集団の髄膜炎に関連しています(de Wit et al。、2016)。 2019年12月、武漢市で新しいCoV(2019-nCoV)が検出されました。この新たなウイルス感染は、致死率が2〜3%の重度のヒト呼吸器疾患に関連していました(Li et al。、2020) 。おそらく増幅宿主を介して動物の貯水池からヒトに最初に伝染したと推定されたウイルス。しかし、ヒトからヒトへの感染が報告されており、2020年2月上旬にWHOによって報告された640人以上の死を含む31,000人以上の感染が確認され、持続的な伝染病のspread延がもたらされました。アウトブレークの開始時の〜2.90(95%:2.32–3.63)は、パンデミックの可能性を高めます(Zhao et al。、2020)。これにより、WHOは、国際問題の公衆衛生上の緊急事態として宣言するようになりました。これは、これまでのところ、特定の抗ウイルス治療薬やワクチンが入手できないため、特に重要です。そのゲノム配列に基づいて、2019-nCoVはBetacoronavirusの系統bに属し(図1A)、これにはSARS-CoVとコウモリCoV ZXC21も含まれ、後者とCoV ZC45は2019-nCoVに最も近い。 2019-nCoVは、スパイク(S)タンパク質配列のアミノ酸配列同一性がSARS-CoVと76%、CoV ZXC21と80%を共有しています(Chan et al。、2020)。この記事では、Sタンパク質の成熟部位の1つの近傍に存在する特定のフリン様プロテアーゼ認識パターンに注目します(図1B)。図1. Sタンパク質配列のS1 / S2切断部位でのnCoV特有の配列の特徴づけ、SARS様CoVとの比較。 (A)アルファコロナウイルス属(α-Cov)およびベータコロナウイルス(β-CoV)から選択したコロナウイルスの系統樹、系統a、b、cおよびd:2019-nCoV(NC_045512.2)、CoV-ZXC21(MG772934) 、SARS- CoV(NC_004718.3)、SARS様BM4821(MG772934)、HCoV-OC43(AY391777)、HKU9-1(EF065513)、HCoV-NL63(KF530114.1)、HCoV229E(KF514433.1)、MERS- CoV(NC019843.3)、HKU1(NC_006577.2)。系統樹は、Mega Xソフトウェアによる最尤法を使用してOrf1abアミノ酸配列で取得しました。赤いアスタリスクは、サイト1に標準的なフリンのような切断モチーフが存在することを示しています。 (B)S1 / S2部位でのCoV-ZXC21および2019-nCoVのSタンパク質のコーディングおよびアミノ酸配列のアライメント。 2019-nCoV固有のシーケンスは太字で示しています。この位置でのCoV-ZXC21 Sタンパク質の配列は、2019-nCoVの1つを除き、系統bに属する他のベータコロナウイルスの配列を表しています。 (この図の凡例の色への参照の解釈については、この記事のWebバージョンを参照してください。) 表1:コロナウイルス(上)および他のRNAウイルス(下)のエンベロープタンパク質切断部位の比較配列。 空のボックス:コンセンサスモチーフは検出されませんでした。 プロタンパク質転換酵素(PC;遺伝子PCSK)は、健康状態と疾患状態の両方でさまざまな生物学的プロセスを調節する9つのセリン分泌プロテアーゼのファミリーを構成します(Seidah and Prat、2012)。タンパク質分解により、PCは、成長因子、ホルモン、受容体、接着分子などの多種多様な前駆体タンパク質、および感染性ウイルスの細胞表面糖タンパク質の活性化を担います(Seidah and Chretien、1999)(表1)。 7つのPCは、モチーフ(R / K)-(2X)n-(R / K)↓内の特定の単一またはペアの塩基性アミノ酸(aa)で前駆体タンパク質を切断します(n = 0、1、2、または3)スペーサーaa(Seidah and Chretien、1999)。多くの重要な細胞表面タンパク質の処理におけるそれらの役割のために、PC、特にフリンはウイルス感染に関係している。それらは、ウイルスエンベロープ糖タンパク質を特異的に切断する可能性があり、それにより宿主細胞膜とのウイルス融合を促進します(Izaguirre、2019; Moulard and Decroly、2000)。 HCoV-OC43(Le Coupanec et al。、2015)、MERS-CoV(Millet and Whittaker、2014)、およびHKU1(Chan et al。、2008)などのヒト感染コロナウイルスの場合、スパイクタンパク質が実証されていますS1 / S2切断部位(図2)で切断され、S1およびS2サブユニットが生成されます。上記の3つのウイルスは、標準的な(R / K)-(2X)n-(R / K)↓モチーフを表しています(表1)。さらに、ウイルスエンベロープ糖タンパク質切断部位周辺の変動が細胞向性および病因に役割を果たすことが実証されています。たとえば、一部のCoVの病因は、以前にSタンパク質配列内のフリン様切断部位の存在に関連していました。たとえば、伝染性気管支炎ウイルス(IBV)Sタンパク質に同様の切断部位を挿入すると、感染したニワトリに高い病原性、顕著な神経症状、神経向性が生じます(Cheng et al。、2019)。同様に、インフルエンザウイルスの場合、インフルエンザウイルスの低病原性型は、トリプシン様プロテアーゼにより切断される切断部位に単一の塩基性残基を含み、活性化プロテアーゼの組織分布は通常、感染を呼吸器官および/または腸器官(Sun et al。、2010)。逆に、インフルエンザの高病原性型は、フリンを含むさまざまな細胞プロテアーゼによって切断されるフリン様切断部位を有し、これはウイルスの細胞指向性の拡大を可能にする多種多様な細胞タイプで発現します(Kido et al 。、2012)。さらに、H5N1血球凝集素HA切断部位への多塩基性モチーフRERRRKKR↓GLの挿入は、1997年の香港での発生時のウイルスの過毒性と関連している可能性が高い(Claas et al。、1998)。このモチーフは、P1に重要なArgを、P2とP4に塩基性残基を、P2とP8に塩基性残基を、P2 '位置に脂肪族Leuを示します(表1)(Schechter and Bergerの命名法(Schechter and Berger、1968)) )、フリンのような切断の特異性に典型的です(Braun and Sauter、2019; Izaguirre、2019; Seidah and Prat、2012)。コロナウイルスSタンパク質は、冠状のCoVウイルス粒子の形状に関与する構造タンパク質で、元の名前「コロナウイルス」が作られました。 〜1200 aaの長さのSタンパク質は、クラスIウイルス融合タンパク質に属し、細胞受容体の結合、組織の向性、および病因に寄与します(Lu et al。、2015; Millet and Whittaker、2014)。いくつかの保存されたドメインとモチーフが含まれています(図2)。トリメトリックSタンパク質は、感染中に宿主細胞プロテアーゼによってS1 / S2切断部位で処理されます。開裂後、プライミングとしても知られるこのタンパク質は、同種の細胞表面受容体を認識するN末端S1外部ドメインと、ウイルス侵入に関与するC末端S2膜アンカータンパク質に分けられます。 SARS-CoV S1-タンパク質には、アンジオテンシン変換酵素2(ACE2)を認識する保存された受容体結合ドメイン(RBD)が含まれています(Li et al。、2003)。 SARS-CoVはコウモリとヒトの細胞の両方に結合し、ウイルスは両方の生物に感染する可能性があります(Ge et al。、2013; Kuhn et al。、2004)。 S1 / ACE2のRBD表面は、SARS-CoVのS1に14 aaを関与させています(Li et al。、2005)。それらのうち、8残基は2019-nCoVで厳密に保存されており、ACE2は新たに出現したnCoVの受容体でもあるという仮説を支持している(Wan et al。、2020)。 S2タンパク質は、融合ペプチド(FP)、2番目のタンパク質分解部位(S2 ')、それに続く内部融合ペプチド(IFP)および膜貫通ドメイン(TM)に先行する2つの7反復配列ドメインを含みます(図2)。特に、2019-nCoVとSARS-CoVのIFPは同一であり、ウイルス融合ペプチドの特性を示しています(図2)。細胞侵入に関与する分子メカニズムはまだ完全には理解されていませんが、FPとIFPの両方がウイルス侵入プロセスに関与している可能性が高く(Lu et al。、2015)、したがってS-タンパク質はおそらく両方のS1 /ウイルス侵入のためのS2およびS2 '切断部位。 IFPの下流にあるP1およびP2塩基性残基とP2 '疎水性Phe(Seidah and Prat、2012)を持つKR↓SFのフリン様S2'切断部位は、2019-nCoVとSARS- CoVで同一です(図2)。 MERS-CoVおよびHCoV-OC43では、S1 / S2部位がRXXR↓SAによって置き換えられ、P1およびP4塩基性残基、およびP2 'にAla(脂肪族ではない)があり、フリンによるやや不利な切断が示唆されます。ただし、他の病原性の低い循環ヒトCoVでは、S2 '切断部位は一塩基性のR↓S配列のみを示し(図2)、フリン切断を可能にするために必要なP2および/またはP4のいずれにも塩基性残基はありません。標的細胞によって発現される同族プロテアーゼに応じて、エントリーステップでの切断またはより高い制限。 2019-nCoVのS2 'での処理は、Sタンパク質の最終的な活性化の重要なイベントであると予想されますが、このプロセスに関与するプロテアーゼはまだ決定的に同定されていません。 2019-nCoV S2 '配列と上記の議論に基づいて、1つ以上のフリン様酵素がKR↓SFでS2'部位を切断することを提案します。 S2 'とは対照的に、RBDとFPの間の最初の切断(S1 / S2切断部位、図2)は、多くのCoVについて広く研究されています(Lu et al。、2015)。興味深いことに、S1 / S2プロセシング部位はコロナウイルス間で異なるモチーフを示し(図2、サイト1およびサイト2)、それらの多くは塩基性残基の後に切断を示します。したがって、S1 / S2切断部位の配列に応じて異なる宿主細胞プロテアーゼによりプライミングプロセスが保証される可能性が高い。したがって、RSVR↓SVモチーフを含むMERS-CoV S-タンパク質は、おそらくエリンによってウイルスの排出中に切断されます(Mille and Whittaker、2014)。逆に、SARS-CoVのSタンパク質は、おそらくは好ましいフリン様切断部位(SLLR-ST)の欠如のために、生合成後にほとんど切断されないままです。この場合、受容体結合後、S-タンパク質は、エラスターゼ、カテプシンLまたはTMPRSS2などの標的細胞のプロテアーゼによって、保存された配列AYT↓M(SLLR-STの10aa下流に位置する)で切断されることが報告されました(Bosch et al。、2008; Matsuyama et al。、2010、2005; Millet and Whittaker、2015)。プライミングイベントはウイルスの侵入に不可欠であるため、標的細胞のプロテアーゼによるこの活性化ステップの有効性と範囲は、細胞の向性とウイルスの成因を調節するはずです。 2019-nCoV Sタンパク質の場合、保存されたサイト2配列AYT↓Mは、おそらくサイト1での好ましいフリン切断後に切断される可能性があります(図2)。図2.推定成熟部位に注目したヒト2019-nCoV Sタンパク質の模式図。ドメインは以前にSARS-CoVおよびMERS-CoVで特徴づけられていました:シグナルペプチド(SP)、N末端ドメイン(NTD)、受容体結合ドメイン(RBD)、融合ペプチド(FP)、内部融合ペプチド(IFP)、ヘプタド1/2(HR1 / 2)および膜貫通ドメイン(TM)を繰り返します。 SP、S1↓S2、およびS2 '切断部位は矢印で示されています。異なるCoV S1 / S2およびS2 '切断部位の配列は、Multalin Webサーバー(http://multalin.toulouse.inra.fr/multalin/)を使用して手動で調整し、ESPript 3(http:// espript .ibcp.fr / ESPript / ESPript /)アライメントの下部にSARS-CoV Sタンパク質の二次構造を提示(PDB 5X58)(Yuan et al。、2017)。切断部位のような風鈴の挿入は、黒い枠で囲まれています。赤いアスタリスクは、S1 / S2部位に標準的なフリン様切断モチーフが存在することを示します。 (この図の凡例での色への参照の解釈については、この記事のWebバージョンを参照してください。) フリンは肺で高度に発現されるため、気道に感染するエンベロープウイルスは、この転換酵素をうまく利用してその表面糖タンパク質を活性化する可能性があります(Bassi et al。、2017; Mbikay et al。、1997)。 2019-nCoVが登場する前は、この重要な機能はベータコロナウイルスの系統bには見られませんでした。ただし、Sタンパク質にフリン様切断部位を保持している他のCoV(HCoV-OC43、MERS-CoV、MHV-A59)(図2;表1)によって共有されており、フリンによって実験的に処理されることが示されました(Le Coupanec et al。、2015; Mille and Whittaker、2014)。驚くべきことに、2019-nCoV Sタンパク質配列は、単一のArg↓切断部位1の上流に12個の追加のヌクレオチドを含み(図1Bおよび2)、予測的に溶媒に露出したPRRAR↓SV配列につながり、これは標準的なフリン様に対応する切断部位(ブラウンとザウター、2019;イザギレ、2019;セイダとプラット、2012)。このフリンのような切断部位は、Sタンパク質の「プライミング」のためにウイルスの排出中に切断されると考えられており(Mille and Whittaker、2014)、ヒト集団での効率的な拡散のために2019-nCoVに機能獲得を提供する可能性があります他の血統bベータコロナウイルスと比較して。これは、無関係のCoV間の収束進化経路をおそらく示しています。興味深いことに、このサイトが処理されていない場合、SARS-CoVで観察されるように、Sタンパク質はウイルスのエンドサイトーシス中にサイト2で切断されると予想されます。明らかに、私たちの主張を実証するためにはもっと多くの作業が必要ですが、そのようなプロセシング酵素の阻害は潜在的な抗ウイルス戦略を表しているかもしれません。実際、最近、ウイルス感染を制限するために、多数のウイルスに感染した宿主細胞がインターフェロン応答を引き起こして、フリン様酵素の酵素活性を阻害することが示されました。 HIV感染は、プロテアーゼ活性化受容体1(PAR1)(Kim et al。、2015)またはグアニル酸結合タンパク質2および5(GBP2,5)(Braun and Sauter、2019)の発現を誘導することも実証されたフリンの乗っ取りを、トランスゴルジネットワーク(PAR1)または初期のゴルジ区画(GBP2,5)に制限します。ここで、プロタンパク質転換酵素は不活性のままです。全体として、これらの観察は、フリン様酵素の阻害剤がウイルス増殖の阻害に寄与している可能性があることを示唆しています。腫瘍の成長、ウイルスおよび細菌感染を制限するために、フリン活性を阻害するためのさまざまなアプローチが提案されています。したがって、コンセンサスフリン切断を有する天然に存在するセリンプロテアーゼ阻害剤α-1アンチトリプシンの変異体は、α-1アンチトリプシンポートランド(α1-PDX)と呼ばれ、フリンを阻害し、HIV-1 Envの処理を防止します(Anderson et al 。、1993)。多塩基性切断モチーフのC末端へのクロロメチルケトン(CMK)部分の追加と、細胞浸透を促進するためのN末端のデカノイル基(dec-RVKR-cmk)は、フリン、PC7、PC5、PACE4およびPC7の酵素活性を不可逆的にブロックしました(Decroly et al。、1996; Garten et al。、1994)。最後に、フリンの結晶構造の解明により、2,5-ジデオキシストレプタミン由来の阻害剤が設計され、阻害剤の2つの分子がフリンと複合体を形成しました(Dahms et al。、2017)。フリン様酵素は多数の細胞プロセスに関与しているため、重要な問題の1つは、ある程度の毒性を引き起こす可能性のある全身的阻害を回避することです。したがって、おそらく吸入によって送達され、持続的な阻害を可能にするためにフリンからの遅い解離速度を示すそのような小分子阻害剤、または他のより強力な経口活性のものは、2019-nCoVへの抗ウイルス効果を評価するために迅速に試験するに値する可能性が高い。謝辞この作業は、CIHR Foundation助成金#148363(NGS)、前駆タンパク質分解のカナダ研究委員会(NGS;#950- 231335)、および欧州連合の地平線から資金提供を受けたEuropean Virus Archive Global(BCo; EVA GLOBAL)によって支援されました助成金契約No 871029に基づく2020年の研究と革新プログラム。ReferencesAnderson, E.D., Thomas, L., Hayflick, J.S., Thomas, G., 1993. 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コンセンサスフリン切断を有する天然に存在するセリンプロテアーゼ阻害剤α-1アンチトリプシンの変異体は、α-1アンチトリプシンポートランド(α1-PDX)と呼ばれ、フリンを阻害し、HIV-1 Envの処理を防止します(Anderson et al 。、1993)。
多塩基性切断モチーフのC末端へのクロロメチルケトン(CMK)部分の追加と、細胞浸透を促進するためのN末端のデカノイル基(dec-RVKR-cmk)は、フリン、PC7、PC5、PACE4およびPC7の酵素活性を不可逆的にブロックしました(Decroly et al。、1996; Garten et al。、1994)。
最後に、フリンの結晶構造の解明により、2,5-ジデオキシストレプタミン由来の阻害剤が設計され、阻害剤の2つの分子がフリンと複合体を形成しました(Dahms et al。、2017)。