人工合成新型冠狀病毒刺突蛋白糖基化受體結(jié)合域
人工合成新型冠狀病毒刺突蛋白糖基化受體結(jié)合域
2021-03-16
截至2021年3月15日，新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）已經(jīng)造成全球1.2億人感染，260萬人死亡，這是本世紀最為嚴重的全球公共衛(wèi)生事件。新冠病毒首先通過高度糖基化的刺突蛋白(S)上的受體結(jié)合域（RBD）與人類受體蛋白血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（ACE2）結(jié)合，進而侵襲人體細胞；因而糖基化的RBD也是疫苗與中和抗體的關(guān)鍵靶點。但由生物表達方法得到的RBD的糖鏈高度異質(zhì)，可能影響以RBD為抗原的疫苗免疫原性以及造成不完整的抗體中和效果。通過高分辨質(zhì)譜的手段已經(jīng)，科學(xué)家已經(jīng)完整解析病毒糖基化的位點以及糖型。然而，唯有獲取含有特定均一結(jié)構(gòu)糖型的蛋白質(zhì)，才能夠更為深入了解病毒糖基化的作用，有助于抗體藥物研發(fā)以及疫苗設(shè)計。
S-RBD由219個氨基酸組成（R319-K537），含有兩個保守的N型糖基化位點(N331, N343)以及部分可能的O型糖基化位點（如T323），通過四對二硫鍵形成相應(yīng)的三級結(jié)構(gòu)。不同的生物表達體系以及人體內(nèi)分離的病毒S蛋白上，糖鏈的結(jié)構(gòu)均異常復(fù)雜。其中N331與N343主要由復(fù)雜型糖鏈構(gòu)成，同時N331位點也有部分由N型糖鏈的核心五糖構(gòu)成。相較于表達體系，化學(xué)合成糖蛋白具有精確的糖鏈結(jié)構(gòu)，但其受限于冗長的合成路線。
近期，《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）在線發(fā)表了上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院王平課題組最新成果“Synthetic Homogeneous Glycoforms of the SARS-CoV-2 Spike Receptor-Binding Domain Reveals Different Binding Profiles of Monoclonal Antibodies”。
上海交通大學(xué)王平團隊結(jié)合蛋白質(zhì)化學(xué)，糖化學(xué)和蛋白表達技術(shù)，發(fā)展了高效合成糖基化S-RBD的策略。在此基礎(chǔ)上，高效大量合成了以單糖，核心五糖以及復(fù)雜型九糖為N型糖鏈（N331和N343），氨基半乳糖為O型糖鏈（T323）的六種不同糖型的RBD。S-RBD是目前人工合成最為復(fù)雜的糖基化蛋白之一。等離子共振實驗表明，RBD糖基化的大小對其與ACE2的結(jié)合沒有明顯影響。與臨床獲批的中和抗體（S309, CB6等）結(jié)合力測試表明如抗體靶點為非糖基化區(qū)域，病毒糖基化造成的免疫逃逸效應(yīng)不明顯。在選擇進化壓力下，新冠病毒會改變糖型甚至糖基化位點來進行進化。該工作提供了一種高效大量制備均一糖鏈的S-RBD的平臺，有助于更有效抗新冠病毒藥物和疫苗的研發(fā)。同時，該合成平臺也有助于對于其他冠狀病毒（如SARS, MERS）的研究。
該研究工作獲得國家自然科學(xué)基金，“生物大分子動態(tài)修飾與化學(xué)干預(yù)”重大研究計劃和上海交通大學(xué)交叉學(xué)科專項資金等項目的資助。上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士生葉發(fā)榮為本文的第一作者, 上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院王平特別研究員為本文通訊作者。該工作也得到了中國科學(xué)院上海有機所俞飚，王婧研究員和復(fù)旦大學(xué)應(yīng)天雷教授的大力支持。
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論文信息：
Synthetic Homogeneous Glycoforms of the SARS-CoV-2 Spike Receptor-Binding Domain Reveals Different Binding Profiles of Monoclonal Antibodies
Farong Ye, Jie Zhao, Peng Xu, Xinliang Liu, Jing Yu, Wei Shangguan, Jiazhi Liu, Xiaosheng Luo, Cheng Li, Tianlei Ying, Jing Wang, Biao Yu, and Ping Wang
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原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202100543
原文引用：DOI：10.1002/anie.202100543
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