En un estudio reciente publicado en el bioRxiv* servidor de preimpresión, un equipo de investigadores usó microscopía crioelectrónica (cryo-EM) para identificar las estructuras de pico (S) de la variante Omicron del síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2) para comprender cómo las mutaciones que alteran su secuencia primaria impactan la conformación S.

La proteína Omicron S tiene mutaciones en su subunidad S1 de unión al receptor y su subunidad de fusión S2. La subunidad S2 es conformacionalmente estable antes del evento de unión al receptor; la subunidad S1, por otro lado, con su dominio N-terminal (NTD) móvil y su dominio de unión al receptor (RBD), está innatamente predispuesta a cambios conformacionales.

El RBD cambia entre un estado cerrado (abajo) donde el sitio de unión de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2) está bloqueado y un estado abierto (arriba) que expone el sitio de unión de ACE2. Después de la unión al receptor y el procesamiento proteolítico, la subunidad S2 sufre cambios conformacionales que liberan el péptido de fusión (FP) para mediar en la fusión de las membranas del virus y la célula huésped.

Además, la dinámica de RBD se ve afectada por los contactos interprotómero RBD a RBD y RBD a NTD por los subdominios SD1 y SD2 y el «enlazador N2R (NTD a RBD)» dentro de un protómero.

Los estudios estructurales que utilizaron una plataforma S-GSAS que no contenía mutaciones estabilizadoras extrañas en la subunidad S2 ayudaron a visualizar las conformaciones de la proteína S en su formato nativo e ilustraron un repertorio diverso de estados estructurales de Omicron S.

Sobre el estudio

Anteriormente, los autores de este estudio habían descrito cómo las variantes preocupantes (VOC) del SARS-CoV-2 modulan las interacciones de la subunidad S1 para alterar la presentación de RBD de la proteína S y las formas de explotar lo mismo para el diseño de inmunógenos.

En el presente estudio, los investigadores determinaron las proteínas nativas Omicron y Delta S para comprender cómo las mutaciones alteran los estados conformacionales e influyen en la presentación del epítopo S RBD y del anticuerpo (Ab).

Más específicamente, determinaron estructuras de poblaciones 3-RBD-abajo, 1-RBD-arriba y 2-RBD-arriba de los ectodominios Omicron y Delta S.

Recomendaciones

La organización del dominio de Omicron S fue significativamente diferente en comparación con otras variantes, como se observó en los estudios estructurales, y se cuantificó utilizando conjuntos de vectores intraprotómeros e interprotómeros.

La proteína Omicron S mostró una variabilidad S1 reducida con muchas de sus 16 mutaciones de aminoácidos RBD inmunoevasivas que estabilizaron las interfaces RBD-RBD, que también estabilizaron los estados 1-RBD arriba de una manera no observada en Delta S. Omicron S mostró una interfaz RBD-RBD estrechamente empaquetada en la conformación 3-RBD-down distinta de las otras variantes de SARS-CoV-2 y un bucle RBD que alberga las mutaciones S371L, S373P y S375F en un protómero mediado por nuevas interacciones interprotómero, y se observó una mutación Y505H en el protómero que interactúa. Este reordenamiento también se identificó en Delta VOC y otras variantes, pero fue comparativamente raro en ellos.

Los COV del SARS-CoV-2 que dominaban antes de Omicron, como la variante Delta, maximizaban la transmisibilidad al favorecer los estados abiertos y los epítopos Ab mutados para la evasión inmune. La S de Omicron adquirió mutaciones estabilizadoras del estado RBD-down que sellaron sitios altamente inmunogénicos que unían potentes Abs y reforzaron su capacidad de evasión inmunológica.

Además, los autores especularon que, estructuralmente, Omicron S podría haber logrado una alta transmisibilidad al tomar una de las dos rutas. En primer lugar, bloquear los RBD móviles habría resultado en una S metaestable con reordenamientos en el enlazador peptídico N2R (que conecta el NTD y el RBD en un protómero). En segundo lugar, los investigadores combinaron ensayos de unión, cristalografía de rayos X y crio-EM para revelar la plasticidad alterada de la FP en Omicron S en comparación con otras variantes, incluida Delta. A pesar de la extensa estabilización, el FP funcionalmente crítico del Omicron S se expuso más fácilmente.

En relación con el Delta S, una unión más débil de la proteína Omicron S a 2G12 y otros Abs reactivos con glicano fabdimerizados (FDG) que se dirigían a un grupo de glicano S2 cuaternario, así como una unión mejorada al Ab DH1058 dirigido por FP, sugirió una dinámica conformacional alterada de S2 . Una estructura cristalina de alta resolución del complejo FP-Ab sugirió que la dinámica mejorada de FP puede estar asociada con la mayor transmisibilidad de Omicron.

Conclusiones

El aumento de la transmisibilidad de Omicron podría deberse al efecto combinado de la facilidad para acceder al estado RBD-up, la afinidad sostenida por las interacciones ACE2 a pesar de múltiples mutaciones en la región RBD y la liberación más rápida de la FP. Los resultados también indicaron que Omicron S evolucionó más allá de la evasión inmune hacia una arquitectura compacta con maquinaria de fusión bien regulada y dinámicas de FP alteradas.

Para concluir, los estudios futuros deben monitorear de cerca la evolución continua de la estructura de las futuras variantes en la plantilla de Omicron para lograr una comprensión profunda de la biología de Omicron y anticipar el potencial de escape inmunológico de los futuros COV.

*Noticia importante

bioRxiv publica informes científicos preliminares que no son revisados ​​por pares y, por lo tanto, no deben considerarse concluyentes, guiar la práctica clínica o el comportamiento relacionado con la salud ni tratarse como información establecida.