یکی از خصوصیات زیستی SARS-CoV-2 مانند چندین ویروس دیگر، وجود پروتئین های اسپایک (spike proteins) است که به این ویروس ها اجازه می دهند به سلول میزبان نفوذ کنند و باعث ایجاد عفونت شوند.
کرونا ویروس ها مانند سندروم تنفسی خاورمیانه (MERS-CoV) که تا پایان سال 2019 حدود 2500 نفر را آلوده کرد و همچنین سندروم تنفسی حاد نوظهور یعنی SARS-CoV-2، ویروس های کروی و پوشش دار هستند. ژنوم RNA ای کرونا ویروس ها با میانگین طول 29Kb طویل ترین در میان ویروس های RNA ای است.
هر یک از اجزای ژنوم ویروسی درون یک نوکلئوکپسید مارپیچ بسته بندی می شود که به وسیله غشای لیپیدی دولایه احاطه شده است. پوشش ویروسی کرونا ویروس ها معمولا از 3 نوع پروتئین تشکیل شده است:
پروتئین غشایی (M)، پروتئین پوششی (E) و پروتئین اسپایک (S).
پروتئین اسپایک یک پروتئین ترانس ممبرین نوع 1 بزرگ و به شدت گلیکوزیله شده است. در مقایسه با پروتئین های M و E که اساسا در اسمبل کردن سلول نقش دارند، پروتئین S نقش حیاتی را در نفوذ به سلول میزبان و شروع عفونت بازی می کند.
پروتئین های S در کروناویروس ها به دو زیرواحد عملکردی مهم تقسیم می شوند که در آن ها N-terminal زیرواحد S1، سر کروی پروتئین اسپایک را تشکیل می دهد و C-terminal زیرواحد S2 ، ستون پروتئین را تشکیل می دهد و مستقیما درون پوشش ویروس فرو رفته است.
در هنگام میانکنش با یک سلول میزبان مستعد، زیرواحد S1 گیرنده سلول میزبان را شناسایی و به آن متصل می شود، در حالی که زیرواحد S2 که حفاظت شده ترین (conserved) مولفه ی پروتئین S است مسئول ادغام کردن پوشش ویروس با غشای سلول میزبان است. با اتصال زیرواحد S1 دو تغییر کانفورماسیون اصلی در زیرواحد S2 برای ادغام شدن با غشای سلول میزبان صورت می پذیرد.
زمانی که تغییر کانفورماسیون ها کامل شد، پپتید ادغام کننده به غشای سلول میزبان متصل (anchor) می شود و ویروس می تواند به سمت غشای سلول حرکت کند و نزدیک تر شود و در آخر نوکلئوکپسید را وارد سلول هدف کند.
پروتئین S در ویروس ها به ویژه در ویروس SARS-CoV-2 یک القاگر اصلی آنتی بادی های خنثی گر ( Nabs ) است. Nab ها آنتی بادی های حفاظتی هستند که به طور طبیعی توسط سیستم ایمنی هومورال تولید می شوند. برای انجام عملکرد ضد ویروسی، Nab ها به سطوح اپیتوپی ذرات ویروسی متصل می شوند و از ورودشان به سلول میزبان جلوگیری می کنند.
حساسیت پروتئین S در SARS-CoV-2 نسبت به Nab ها باعث شده است که بسیاری از محققان در زمینه ای که بتواند از اتصال و ادغام پروتئین S در SARS-CoV-2 به سلول میزبان جلوگیری کند، فعالیت کنند.
بدون پروتئین S ویروس هایی مانند SARS-CoV-2 جدید نمی توانند با سلول های میزبان های مستعد انسانی و حیوانی میانکنش دهند و باعث عفونت شوند. در نتیجه پروتئین S نشانگر یک هدف ایده آل برای تحقیقات ضدویروسی و همچنین تولید واکسن است.
یافته های جدید در مورد نقش پروتئین "اسپایک" در ویروس کرونا
دانشمندان معتقدند که پروتئین های spike ویروس SARS-CoV-2 با اتصال به سلول های سالم در آلوده شدن میزبان نقش دارند و اکنون، یک مطالعه جدید نشان می دهد که این بخش از ویروس نقشی اساسی در خود بیماری نیز دارد.
تحقیقات نشان می دهد ویروس SARS-CoV-2 دقیقاً چگونه به سیستم عروقی آسیب می رساند و به سطح سلول حمله می کند. این یافته ها با توضیح انواع مختلف کووید ۱۹ می تواند دریچه ای برای تحقیقات جدید در مورد روش های درمانی موثرتر باشد.
محققان دانشگاه کالیفرنیا تأیید واضح و توضیح دقیق مکانیسم آسیب رساندن پروتئین به سلول های عروقی را برای اولین بار ارائه دادند. این اتفاق نظر وجود دارد که SARS-CoV-2 بر سیستم عروقی تأثیر می گذارد، اما نحوه انجام این کار قابل درک نبود. به همین ترتیب، مدت هاست که دانشمندان با مطالعه ویروس های مختلف کرونا بر این باورند که پروتئین اسپایک در آسیب رساندن به سلول های اندوتلیال عروقی نقش دارد، اما اولین بار است که این فرآیند مستند می شود.
در این مطالعه جدید، محققان ویروسی ایجاد کردند که مانند تاج ویروس SARS-CoV-2 از پروتئین های اسپایک احاطه شده بود، اما ویروس واقعی نبود. قرار گرفتن در معرض این ویروس منجر به آسیب به ریه‌ها و عروق در یک مدل حیوانی شد و ثابت می کند که پروتئین اسپایک به تنهایی برای ایجاد بیماری کافی است.
این تیم سپس این فرآیند را در آزمایشگاه تکرار کردند و سلول های اندوتلیال سالم را در معرض پروتئین اسپایک قرار دادند. آن ها نشان دادند که پروتئین اسپایک با اتصال ACE2 به سلول ها آسیب می رساند.
این اتصال باعث اختلال در سیگنالینگ مولکولی ACE2 به میتوکندری اندامک هایی که برای سلول ها انرژی تولید می کنند، می گردد و باعث آسیب و تکه تکه شدن میتوکندری می شود.