SARS-CoV-2スパイク上の糖鎖がレセプター結合ドメインの構造を制御している

Glycans on the SARS-CoV-2 Spike Control the Receptor Binding Domain Conformation.

• Rory Henderson
• Robert J Edwards
• Katayoun Mansouri
• Katarzyna Janowska
• Victoria Stalls
• Megan Kopp
• Barton F Haynes
• Priyamvada Acharya

抄録

β-コロナウイルス（β-CoV）スパイク（S）糖タンパク質の糖鎖シールドは、宿主免疫応答からの保護を提供し、抗体応答を中和する可能性のある立体ブロックとして機能します。構造的にダイナミックなSタンパク質は、複数の受容体結合ドメイン(RBD)の「アップ」および「ダウン」状態の構成を表示し、宿主細胞融合における役割のため、ワクチン設計の主要な免疫原性ターゲットとなっています。ここでは、RBDに隣接するN末端ドメイン（NTD）糖鎖が、これらのRBD状態のコンフォメーション平衡に影響を与える可能性を調べた。抗原性スクリーニングと高分解能低温電子顕微鏡構造決定を組み合わせて、234位のN-グリカンを欠失させると、「アップ」状態のRBD位置の集団が劇的に減少することを示しました。逆に、N165の位置でグリカンを欠失させると、「アップ」状態のRBDが顕著に増加することがわかった。このことは、グリカンシールドが抗体メディテートされた免疫に対する受動的な障害としてだけでなく、コンフォーメーション制御要素としても機能していることを示している。これらの結果は、この高度にダイナミックなコンフォメーションマシンが糖鎖修飾に反応することを示しており、ウイルスの脱出やワクチンの設計に意味があることを示している。

The glycan shield of the beta-coronavirus (β-CoV) Spike (S) glycoprotein provides protection from host immune responses, acting as a steric block to potentially neutralizing antibody responses. The conformationally dynamic S-protein is the primary immunogenic target of vaccine design owing to its role in host-cell fusion, displaying multiple receptor binding domain (RBD) 'up' and 'down' state configurations. Here, we investigated the potential for RBD adjacent, N-terminal domain (NTD) glycans to influence the conformational equilibrium of these RBD states. Using a combination of antigenic screens and high-resolution cryo-EM structure determination, we show that an N-glycan deletion at position 234 results in a dramatically reduced population of the 'up' state RBD position. Conversely, glycan deletion at position N165 results in a discernable increase in 'up' state RBDs. This indicates the glycan shield acts not only as a passive hinderance to antibody meditated immunity but also as a conformational control element. Together, our results demonstrate this highly dynamic conformational machine is responsive to glycan modification with implications in viral escape and vaccine design.