БИОХИМИЯ, 2021, том 86, вып. 3, с. 291–296

УДК 571.27

Рекомбинантный S-белок SARS-CoV-2 in vitro способен связывать гликаны семейства лактозамина

© 2021 А.Б. Рыжиков 1, Г.С. Онхонова 1, И.Р. Иматдинов 1, Е.В. Гаврилова 1, Р.А. Максютов 1, Е.А. Гордеева 2, Г.В. Пазынина 2, И.М. Рыжов 2, Н.В. Шилова 2,3, Н.В. Бовин 2*

Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «ВЕКТОР» Роспотребнадзора, 630559 р.п. Кольцово, Новосибирская обл., Россия

Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 117997 Москва, Россия; электронная почта: professorbovin@yandex.ru

Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова Министерства здравоохранения Российской Федерации, 117997 Москва, Россия

Поступила в редакцию 07.11.2020
После доработки 11.11.2020
Принята к публикации 11.11.2020

DOI: 10.31857/S0320972521030015

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: SARS-CoV-2, S-гликопротеин, гликоконъюгаты, N-ацетилглюкозамин.

Аннотация

Для многих вирусов, кроме основной, находят дополнительную клеточную мишень, способствующую адгезии вируса к клетке; часто эту роль играют гликаны. Для SARS-CoV-2 основным рецептором является пептидный мотив белка ACE2. Мы изучили взаимодействие рекомбинантного белка S SARS-CoV-2 с широким набором гликоконъюгатов, который включал различные сиалилированные, сульфатированные и другие гликаны, и обнаружили, что этот белок способен связывать некоторые (но не все) гликаны семейства лактозаминов. Так как действие нейраминидазы вируса гриппа приводит к демаскировке лактозаминовых цепей, мы предполагаем, что параллельное инфицирование вирусом гриппа усилит адгезию SARS-CoV-2 к респираторному эпителию.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 20-04-60335).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов.

Дополнительные материалы

Приложение к статье на английском языке опубликовано на сайте журнала «Biochemistry» (Moscow) (http://protein.bio.msu.ru/biokhimiya/) и на сайте издательства Springer (https://link.springer.com/journal/10541), том 86, вып. 3, 2021.

Список литературы

1. Tortorici, M. A., Walls, A. C., Lang, Y., Wang, C., Li, Z., et al. (2019) Structural basis for human coronavirus attachment to sialic acid receptors, Nat. Struct. Mol. Biol., 26, 481-489, doi: 10.1038/s41594-019-0233-y.

2. Walls, A. C., Park, Y. J., Tortorici, M. A., Wall, A., McGuire, A. T., and Veesler, D. (2020) Structure, function, and antigenicity of the SARS-CoV-2 spike glycoprotein, Cell, 181, 282-291, doi: 10.1016/j.cell.2020.02.058.

3. Wang, C., Li, W., Drabek, D., Okba, N. M. A., van Haperen, R., et al. (2020) A human monoclonal antibody blocking SARS-CoV-2 infection, Nat. Commun., 11, 1-6, doi: 10.1038/s41467-020-16256-y.

4. Li, W., Hulswit, R. J. G., Widjaja, I., Raj, V. S., McBride, R., et al. (2017) Identification of sialic acid-binding function for the Middle East respiratory syndrome coronavirus spike glycoprotein, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 114, E8508-E8517, doi: 10.1073/pnas.1712592114.

5. Park, Y. J., Walls, A. C., Wang, Z., Sauer, M. M., Li, W., et al. (2019) Structures of MERS-CoV spike glycoprotein in complex with sialoside attachment receptors, Nat. Struct. Mol. Biol., 26, 1151-1157, doi: 10.1038/s41594-019-0334-7.

6. Ou, X., Liu, Y., Lei, X., Li, P., Mi, D., et al. (2020) Characterization of spike glycoprotein of SARS-CoV-2 on virus entry and its immune cross-reactivity with SARS-CoV, Nat. Commun., 11, 1620, doi: 10.1038/s41467-020-15562-9.

7. Chen, Z., Mi, L., Xu, J., Yu, J., Wang, X., et al. (2005) Function of HAb18G/CD147 in invasion of host cells by severe acute respiratory syndrome coronavirus, J. Infect. Dis., 191, 755-760, doi: 10.1086/427811.

8. Wang, K., Chen, W., Zhou, Y.-S., Lian, J.-Q., Zhang, Z., et al. (2020) SARS-CoV-2 invades host cells via a novel route: CD147-spike protein, bioRxiv, doi: 10.1101/2020.03.14.988345.

9. Qing, E., Hantak, M., Perlman, S., and Gallagher, T. (2020) Distinct roles for sialoside and protein receptors in coronavirus infection, MBio, 11, e02764-e02819, doi: 10.1128/mBio.02764-19.

10. Hao, W., Ma, B., Li, Z., Wang, X., Gao, X., et al. (2020) Binding of the SARS-CoV-2 spike protein to glycans, bioRxiv, doi: 10.1101/2020.05.17.100537.

11. Engin, A. B., Engin, E. D., and Engin, A. (2020) Dual function of sialic acid in gastrointestinal SARS-CoV-2 infection, Environ. Toxicol. Pharmacol., 79, 103436, doi: 10.1016/j.etap.2020.103436.

12. Shi, C., Wang, C., Wang, H., Yang, C., Cai, F., et al. (2020) Clinical observations of low molecular weight heparin in relieving inflammation in COVID-19 patients: a retrospective cohort study, medRxiv, doi: 10.1101/2020.03.28.20046144.

13. Ströh, L. J., and Stehle, T. (2014) Glycan engagement by viruses: receptor switches and specificity, Annu. Rev. Virol., 1, 285-306, doi: 10.1146/annurev-virology-031413-085417.

14. Milewska, A., Zarebski, M., Nowak, P., Stozek, K., Potempa, J., and Pyrc, K. (2014) Human Coronavirus NL63 utilizes heparan sulfate proteoglycans for attachment to target cells, J. Virol., 88, 13221-13230, doi: 10.1128/JVI.02078-14.

15. Kim, S. Y., Jin, W., Sood, A., Montgomery, D. W., Grant, O. C., et al. (2020) Glycosaminoglycan binding motif at S1/S2 proteolytic cleavage site on spike glycoprotein may facilitate novel coronavirus (SARS-CoV-2) host cell entry, bioRxiv, doi: 10.1101/2020.04.14.041459.

16. Mycroft-West, C., Su, D., Pagani, I., Rudd, T., Elli, S., et al. (2020) Heparin inhibits cellular invasion by SARS-CoV-2: structural dependence of the interaction of the surface protein (spike) S1 receptor binding domain with heparin, bioRxiv, doi: 10.1101/2020.04.28.066761.

17. Olivera-Ardid, S., Khasbiullina, N., Nokel, A., Formanovsky, A., Popova, I., et al. (2019) Printed glycan array: a sensitive technique for the analysis of the repertoire of circulating anti-carbohydrate antibodies in small animals, J. Vis. Exp., 144, 1-7, doi: 10.3791/57662.

18. Bovin, N. V. (1998) Polyacrylamide-based glycoconjugates as tools in glycobiology, Glycoconj. J., 15, 431-446, doi: 10.1023/a:1006963717646.

19. Blixt, O., Head, S., Mondala, T., Scanlan, C., Huflejt, M. E., et al. (2004) Printed covalent glycan array for ligand profiling of diverse glycan binding proteins, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101, 17033-17038, doi: 10.1073/pnas.0407902101.

20. Baker, A. N., Richards, S. J., Guy, C. S., Congdon, T. R., Hasan, M., et al. (2020) The SARS-COV-2 spike protein binds sialic acids and enables rapid detection in a lateral flow point of care diagnostic device, ASC Central Science, 6, 2046-2052, doi: 10.1021/acscentsci.0c00855.

21. Rapoport, E. M., Pochechueva, T. V., Kurmyshkina, O. V., Pazynina, G. V., Severov, V. V., et al. (2010) Solid-phase assays for study of carbohydrate specificity of galectins, Biochemistry (Moscow), 75, 310-319, doi: 10.1134/s0006297910030077.

22. Li, F. (2015) Receptor recognition mechanisms of coronaviruses: a decade of structural studies, J. Virol., 89, 1954-1964, doi: 10.1128/JVI.02615-14.

23. Peng, G., Sun, D., Rajashankar, K. R., Qian, Z., Holmes, K. V., and Li, F. (2011) Crystal structure of mouse coronavirus receptor-binding domain complexed with its murine receptor, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 108, 10696-10701, doi: 10.1073/pnas.1104306108.

24. Peng, G., Xu, L., Lin, Y. L., Chen, L., Pasquarella, J. R., Holmes, K. V., and Li, F. (2012) Crystal structure of bovine coronavirus spike protein lectin domain, J. Biol. Chem., 287, 41931-41938, doi: 10.1074/jbc.M112.418210.

25. Drickamer, K., and Taylor, M. E. (1993) Biology of animal lectins, Annu. Rev. Cell Biol., 9, 237-264, doi: 10.1146/annurev.cb.09.110193.001321.

26. Wang, Q., Zhang, Y., Wu, L., Niu, S., Song, C., et al. (2020) Structural and functional basis of SARS-CoV-2 entry by using human ACE2, Cell, 181, 894-904.e9, doi: 10.1016/j.cell.2020.03.045.