Разнонаправленное воздействие белков коронавируса SARS‑CoV‑2 на амилоидную трансформацию альфа‑синуклеина

Аннотация

Болезнь Паркинсона связана с амилоидной агрегацией альфа-синуклеина, на которую могут влиять белки коронавируса SARS‑CoV‑2, возможно, ускоряя и провоцируя нейродегенерацию. Целью данной работы был сравнительный анализ воздействия N‑белка и RBD S‑белка на фибриллизацию альфа-синуклеина, полученного по оригинальной методике, позволяющей избежать присутствия ненативных форм этого белка, искажающих кинетику процесса. Присутствие удлинённой формы альфа-синуклеина в исследованных ранее препаратах белка связано с ошибочным считыванием редкого для E. coli стоп‑кодона TGA в экспрессионной плазмиде pET33b(+) как кодона, кодирующего триптофан, что приводило к продолжению трансляции до следующего стоп-кодона. Для предотвращения данного эффекта была создана новая конструкция с заменой исходного стоп-кодона на двойной стоп-кодон TAA, что позволило получать гомогенный белок без удлинённых форм. Показано, что N‑белок способен ускорять фибриллизацию альфа-синуклеина, в то время как RBD‑домен S‑белка ингибирует агрегацию. Согласно данным электронной микроскопии, структура фибрилл, формирующихся в присутствии вирусных белков, также отличается. Полученные данные важны для понимания механизмов развития пост-ковидных синуклеинопатий, а также последствий вакцинации вирусными белками.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

# Авторы внесли равный вклад в работу.

Дополнительные материалы

Приложение

Вклад авторов

Ю.Ю. Стройлова и В.И. Муронец – концепция и руководство работой; А.В. Константинова, Ю.Ю. Стройлова и Д.В. Поздышев – проведение экспериментов; А.В. Константинова, Ю.Ю. Стройлова, И.А. Катруха, Р. Юсефи и В.И. Муронец – обсуждение результатов исследования; Ю.Ю. Стройлова и В.И. Муронец – написание текста; А.В. Константинова, Ю.Ю. Стройлова, Д.В. Поздышев, И.А. Катруха, Р. Юсефи и В.И. Муронец – редактирование текста статьи.

Финансирование

Работа поддержана совместным российско-иранским грантом от Российского научного фонда (грант № 24-44-20003, https://rscf.ru/project/24-44-20003/) и Национального научного фонда Ирана (INSF) (грант № 4023311).

Благодарности

Мы благодарны Программе развития Московского государственного университета (ПНГ 5.13) за предоставление доступа к MALDI-времяпролетно-времяпролетному масс-спектрометру UltrafleXtreme BrukerDaltonics.

Конфликт интересов

Авторы сообщают об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания выполненных авторами исследований с участием людей или использованием животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Ciechanover, A., and Kwon, Y. T. (2017) Protein quality control by molecular chaperones in neurodegeneration, Front. Neurosci., 11, 185, https://doi.org/10.3389/fnins.2017.00185.

2. Holmqvist, S., Chutna, O., Bousset, L., Aldrin-Kirk, P., Li, W., Bjorklund, T., Wang, Z. Y., Roybon, L., Melki, R., and Li, J. Y. (2014) Direct evidence of Parkinson pathology spread from the gastrointestinal tract to the brain in rats, Acta Neuropathol., 128, 805-820, https://doi.org/10.1007/s00401-014-1343-6.

3. Huang, M., Zhang, Y., and Liu, X. (2024) The mechanism of cuproptosis in Parkinson’s disease, Ageing Res. Rev., 95, 102214, https://doi.org/10.1016/j.arr.2024.102214.

4. Hunter, R. L., Dragicevic, N., Seifert, K., Choi, D. Y., Liu, M., Kim, H. C., Cass, W. A., Sullivan, P. G., and Bing, G. (2007) Inflammation induces mitochondrial dysfunction and dopaminergic neurodegeneration in the nigrostriatal system, J. Neurochem., 100, 1375-1386, https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2006.04327.x.

5. Kim, S., Kwon, S. H., Kam, T. I., Panicker, N., Karuppagounder, S. S., Lee, S., Lee, J. H., Kim, W. R., Kook, M., Foss, C. A., Shen, C., Lee, H., Kulkarni, S., Pasricha, P. J., Lee, G., Pomper, M. G., Dawson, V. L., Dawson, T. M., and Ko, H. S. (2019) Transneuronal propagation of pathologic alpha-synuclein from the gut to the brain models Parkinson’s disease, Neuron, 103, 627-641, e627, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.05.035.

6. Lee, S., and Kovacs, G. G. (2024) The irony of iron: the element with diverse influence on neurodegenerative diseases, Int. J. Mol. Sci., 25, 4269, https://doi.org/10.3390/ijms25084269.

7. Muronets, V. I., Kudryavtseva, S. S., Kurochkina, L. P., Leisi, E. V., Stroylova, Y. Y., and Schmalhausen, E. V. (2025) Factors affecting pathological amyloid protein transformation: from post-translational modifications to chaperones, Biochemistry (Moscow), 90, S164-S192, https://doi.org/10.1134/S0006297924604003.

8. Elechi, K. W., Oyepeju Nkem, O., Timothy Chibueze, N., Elechi, U. S., and Franklin Chimaobi, K. (2025) Long-term neurological consequences of COVID-19 in patients with pre-existing Alzheimer’s and Parkinson’s disease: a comprehensive review, Neurosci. Insights, 20, 26331055251342755, https://doi.org/10.1177/26331055251342755.

9. Muronetz, V. I., Melnikova, A. K., Seferbekova, Z. N., Barinova, K. V., and Schmalhausen, E. V. (2017) Glycation, glycolysis, and neurodegenerative diseases: is there any connection? Biochemistry (Moscow), 82, 874-886, https://doi.org/10.1134/s0006297917080028.

10. Guerrero, E., Vasudevaraju, P., Hegde, M. L., Britton, G. B., and Rao, K. S. (2013) Recent advances in alpha-synuclein functions, advanced glycation, and toxicity: implications for Parkinson’s disease, Mol. Neurobiol., 47, 525-536, https://doi.org/10.1007/s12035-012-8328-z.

11. Krey, L., Huber, M. K., Hoglinger, G. U., and Wegner, F. (2021) Can SARS-CoV-2 infection lead to neurodegeneration and Parkinson’s disease? Brain Sci., 11, 1654, https://doi.org/10.3390/brainsci11121654.

12. Motyl, J. A., Gromadzka, G., Czapski, G. A., and Adamczyk, A. (2024) SARS-CoV-2 infection and alpha-synucleinopathies: potential links and underlying mechanisms, Int. J. Mol. Sci., 25, 12079, https://doi.org/10.3390/ijms252212079.

13. Iravanpour, F., Farrokhi, M. R., Jafarinia, M., and Oliaee, R. T. (2024) The effect of SARS-CoV-2 on the development of Parkinson’s disease: the role of alpha-synuclein, Human Cell, 37, 1-8, https://doi.org/10.1007/s13577-023-00988-2.

14. Rahmati, M., Yon, D. K., Lee, S. W., Soysal, P., Koyanagi, A., Jacob, L., Li, Y., Park, J. M., Kim, Y. W., Shin, J. I., and Smith, L. (2023) New-onset neurodegenerative diseases as long-term sequelae of SARS-CoV-2 infection: a systematic review and meta-analysis, J. Med. Virol., 95, e28909, https://doi.org/10.1002/jmv.28909.

15. Chana-Cuevas, P., Salles-Gandara, P., Rojas-Fernandez, A., Salinas-Rebolledo, C., and Milan-Sole, A. (2020) The potential role of SARS-COV-2 in the pathogenesis of Parkinson’s disease, Front. Neurol., 11, 1044, https://doi.org/10.3389/fneur.2020.01044.

16. Yang, L., Kim, T. W., Han, Y., Nair, M. S., Harschnitz, O., Zhu, J., Wang, P., Koo, S. Y., Lacko, L. A., Chandar, V., Bram, Y., Zhang, T., Zhang, W., He, F., Pan, C., Wu, J., Huang, Y., Evans, T., van der Valk, P., Titulaer, M. J., et al. (2024) SARS-CoV-2 infection causes dopaminergic neuron senescence, Cell Stem Cell, 31, 196-211, e196, https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.12.012.

17. Lee, B., Choi, H. N., Che, Y. H., Ko, M., Seong, H. M., Jo, M. G., Kim, S. H., Song, C., Yoon, S., Choi, J., Kim, J. H., Kim, M., Lee, M. Y., Park, S. W., Kim, H. J., Kim, S. J., Moon, D. S., Lee, S., Park, J. H., Yeo, S. G., et al. (2024) SARS-CoV-2 infection exacerbates the cellular pathology of Parkinson’s disease in human dopaminergic neurons and a mouse model, Cell Rep. Med., 5, 101570, https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2024.101570.

18. Mysiris, D. S., Vavougios, G. D., Karamichali, E., Papoutsopoulou, S., Stavrou, V. T., Papayianni, E., Boutlas, S., Mavridis, T., Foka, P., Zarogiannis, S. G., Gourgoulianis, K., and Xiromerisiou, G. (2022) Post-COVID-19 parkinsonism and Parkinson’s disease pathogenesis: the exosomal cargo hypothesis, Int. J. Mol. Sci., 23, https://doi.org/10.3390/ijms23179739.

19. Emmi, A., Rizzo, S., Barzon, L., Sandre, M., Carturan, E., Sinigaglia, A., Riccetti, S., Della Barbera, M., Boscolo-Berto, R., Cocco, P., Macchi, V., Antonini, A., De Gaspari, M., Basso, C., De Caro, R., and Porzionato, A. (2023) Detection of SARS-CoV-2 viral proteins and genomic sequences in human brainstem nuclei, NPJ Parkinson’s Disease, 9, 25, https://doi.org/10.1038/s41531-023-00467-3.

20. Matschke, J., Lutgehetmann, M., Hagel, C., Sperhake, J. P., Schroder, A. S., Edler, C., Mushumba, H., Fitzek, A., Allweiss, L., Dandri, M., Dottermusch, M., Heinemann, A., Pfefferle, S., Schwabenland, M., Sumner Magruder, D., Bonn, S., Prinz, M., Gerloff, C., Puschel, K., Krasemann, S., et al. (2020) Neuropathology of patients with COVID-19 in Germany: a post-mortem case series, Lancet Neurol., 19, 919-929, https://doi.org/10.1016/S1474-4422(20)30308-2.

21. Semerdzhiev, S. A., Fakhree, M. A. A., Segers-Nolten, I., Blum, C., and Claessens, M. M. A. E. (2022) Interactions between SARS-CoV-2 N-protein and α-synuclein accelerate amyloid formation, ACS Chem. Neurosci., 13, 143-150, https://doi.org/10.1021/acschemneuro.1c00666.

22. Wu, Z., Zhang, X., Huang, Z., and Ma, K. (2022) SARS-CoV-2 proteins interact with alpha synuclein and induce Lewy body-like pathology in vitro, Int. J. Mol. Sci., 23, 3394, https://doi.org/10.3390/ijms23063394.

23. Idrees, D., and Kumar, V. (2021) SARS-CoV-2 spike protein interactions with amyloidogenic proteins: potential clues to neurodegeneration, Biochem. Biophys. Res. Commun., 554, 94-98, https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2021.03.100.

24. Nystrom, S., and Hammarstrom, P. (2022) Amyloidogenesis of SARS-CoV-2 spike protein, J. Am. Chem. Soc., 144, 8945-8950, https://doi.org/10.1021/jacs.2c03925.

25. Stroylova, Y., Konstantinova, A., Stroylov, V., Katrukha, I., Rozov, F., and Muronetz, V. (2023) Does the SARS-CoV-2 spike receptor-binding domain hamper the amyloid transformation of alpha-synuclein after all? Biomedicines, 11, 498, https://doi.org/10.3390/biomedicines11020498.

26. Tavassoly, O., Safavi, F., and Tavassoly, I. (2020) Seeding brain protein aggregation by SARS-CoV-2 as a possible long-term complication of COVID-19 infection, ACS Chem. Neurosci., 11, 3704-3706, https://doi.org/10.1021/acschemneuro.0c00676.

27. Semerdzhiev, S. A., Segers-Nolten, I., van der Schoot, P., Blum, C., and Claessens, M. (2023) SARS-CoV-2 N-protein induces the formation of composite alpha-synuclein/N-protein fibrils that transform into a strain of alpha-synuclein fibrils, Nanoscale, 15, 18337-18346, https://doi.org/10.1039/d3nr03556e.

28. Barinova, K. V., Kuravsky, M. L., Arutyunyan, A. M., Serebryakova, M. V., Schmalhausen, E. V., and Muronetz, V. I. (2017) Dimerization of Tyr136Cys alpha-synuclein prevents amyloid transformation of wild type alpha-synuclein, Int. J. Biol. Macromol., 96, 35-43, https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2016.12.011.

29. Kolesova, Y. S., Stroylova, Y. Y., Maleeva, E. E., Moysenovich, A. M., Pozdyshev, D. V., Muronetz, V. I., and Andreev, Y. A. (2023) Modulation of TRPV1 and TRPA1 channels function by sea anemones’ peptides enhances the viability of SH-SY5Y cell model of Parkinson’s disease, Int. J. Mol. Sci., 25, 368, https://doi.org/10.3390/ijms25010368.

30. Lu, K. V., Rohde, M. F., Thomason, A. R., Kenney, W. C., and Lu, H. S. (1995) Mistranslation of a TGA termination codon as tryptophan in recombinant platelet-derived growth factor expressed in Escherichia coli, Biochem. J., 309, 411-417, https://doi.org/10.1042/bj3090411.