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Neuropilin-1:新冠病毒的又一个帮凶?

2020-10-30 18:51    浏览量:357

相比17年前的SARS病毒,SARS-CoV-2更具传染性,新冠病毒影响范围与严重程度远超2003 年SARS疫情。因此,新冠病毒是如何增强感染力和其背后的机制成为各国科学家的关注的重点。之前研究发现血管紧张素转换酶2(ACE2)作为受体与SARS-CoV-2棘突(Spike)蛋白结合域(RBD)结合,帮助新冠病毒结合到细胞表面;然而,在进一步验证中发现,新冠病毒受体结合域(RBD)、S1亚基和SARS 受体结合域(RBD)、S1亚基与人受体ACE2结合亲和常数均无明显差异(图1&图2),因此无法充分解释新冠感染力和传播能力较SARS增强的原因。

图1. A: Human ACE2, Fc Tag (Cat. No. AC2-H5257) can bind SARS-CoV-2 S protein RBD, His Tag (Cat. No. SPD-C52H3) with an affinity constant of 34.5 nM; B: Human ACE2, Fc Tag (Cat. No. AC2-H5257) can bind SARS S protein RBD, His Tag (Cat. No. SPD-S52H6) with an affinity constant of 17.3 nM as determined in BLI assay (ForteBio Octet Red96e).


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图2. A:Human ACE2, Fc Tag (Cat. No. AC2-H5257) can bind SARS-CoV-2 S1 protein, His Tag (Cat. No. S1N-C52H3) with an affinity constant of 62.2 nM;B:Human ACE2, Fc Tag (Cat. No. AC2-H5257) can bind SARS S1 protein, His Tag (Cat. No. S1N-S52H5) with an affinity constant of 36.2 nM as determined in BLI assay (ForteBio Octet Red96e).


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最近发表在《Science》上的一项新研究对此有了新的发现:Neuropilin-1(NRP1)蛋白显著增强了新冠病毒的感染力。[2]研究发现,SARS与SARS-CoV-2 棘突蛋白 (Spike) 在 S1与S2 的“铰链区” 有显著差异:在后者棘突蛋白S1 亚基 与S2 亚基之间存在一个“额外的片段” RRAR (图3),它为宿主前蛋白转化酶Furin蛋白酶提供了一个酶切位点,而且682RRAR685序列包含C-terminal R/KXXR/K motif (C-end rule [CendR] sequence);而 CendR与膜受体蛋白Neuropilin-1(NRP1)和NRP2结合,参与调节多效性生物学过程(包括轴突导向,血管生成和血管通透性)[1,2]

图3. A:SARS-CoV类病毒与SARS-CoV-2 序列比对发现SARS-CoV-2 682RRAR685 序列包含独有C-terminal R/KXXR/K motif (C-end rule [CendR] sequence) ;B: 新冠蛋白Tyr674-Arg685序列与其他病毒和神经毒素蛋白序列具有一定相似性[1,2] 


研究证实SARS-CoV-2S蛋白可以通过S1亚基的 CendR domain与宿主细胞表面Neuropilin-1结合,且S1 CendR- Neuropilin-1的互作促进了SARS-CoV-2的侵入和感染[2]。Neuropilin(神经纤维蛋白)通过类似于大胞饮作用的内吞过程介导CendR配体的内在化;基因表达分析发现COVID-19患者肺组织中NRP1和NRP2的上调[3];而S1 / S2 Furin cleavage位点缺失的SARS-CoV-2突变病毒在仓鼠模型中呈现致病性减弱[4]

综上,新冠病毒蛋白S1亚基-NRP1互作可能在SARS-CoV-2的感染性增加中发挥作用[2]

为此,ACROBiosystems也进行了S1蛋白与NRP1蛋白互作的BLI实验验证。

经SARS-CoV-2 S1(Cat. No. S1N-C52H3,该产品包含682RRAR685铰链区序列)与 Neuropilin-1蛋白(Cat. No. NR1-H82E3) BLI验证结果显示: SARS-CoV-2  S1 亚基与Neuropilin-1(NRP1)蛋白存在特异性结合,二者亲和常数达到 0.66 μM(图4);进一步验证发现SARS-CoV-2  Spike结合域RBD (Cat. No. SPD-C52H3) 与Neuropilin-1蛋白也存在特异性结合, 尽管其亲和常数低于SARS-CoV-2  S1 亚基与Neuropilin-1结合的亲和常数,但也达到 1 μM(图5)。

根据BLI验证数据确认新冠Spike蛋白 S1和结合域(RBD)与NRP1均存在特异性结合; 据此推断除新冠Spike蛋白在 S1与S2 的“铰链区”可能存在与Neuropilin-1结合位点外,RBD也有可能含有结合位点;此外BLI验证新冠Spike蛋白 S1和结合域(RBD)与NRP1结合常数达 0.66-1 μM,较文献描述的13 - 20 μM高一个数量级[2],推测可能为实验方法差异造成。

图4. Loaded Biotinylated Human Neuropilin-1, His,Avitag (Cat. No. NR1-H82E3) on SA Biosensor, can bind SARS-CoV-2 S1 protein, His Tag (Cat. No. S1N-C52H3) with an affinity constant of 0.66 μM as determined in BLI assay (ForteBio Octet Red96e).


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图5. Loaded Biotinylated Human Neuropilin-1, His,Avitag (Cat. No. NR1-H82E3) on SA Biosensor, can bind SARS-CoV-2 S protein RBD, His Tag (Cat. No. SPD-C52H3) with an affinity constant of 1.01 μM as determined in BLI assay (ForteBio Octet Red96e).


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参考文献:
1.M. H. Cheng et al., bioRxiv preprint 2020. doi: https://doi.org/10.1101/2020.05.21.109272
2.J. L. Daly et al., Science. 2020. DOI: 10.1126/science.abd3072
3.M. Ackermann, et al., 2020. N. Engl. J. Med. 383, 120–128 (2020). doi:10.1056/NEJMoa2015432 Medline
4.S.-Y. Lau, et al., Emerg. Microbes Infect. 9, 837–842 (2020). doi:10.1080/22221751.2020.1756700 Medline

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