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シアル酸のコロナウイルス侵入における役割

研究が、シアル酸がコロナウイルスの細胞侵入メカニズムにどのように影響するかを明らかにした。

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シアル酸とウイルスの侵入ダシアル酸とウイルスの侵入ダイナミクス影響するかを調べてる。シアル酸がコロナウイルスの細胞侵入にどう
目次

COVID-19のパンデミックは、新しいウイルスに対する準備がどれだけ不足しているかを示したよね。ここ20年で、深刻なコロナウイルスによる大規模なアウトブレイクが3回あったし、これは動物、特にコウモリから人間にウイルスが飛び移る可能性についての懸念を引き起こしてる。コウモリは人にとって有害になるかもしれないいろんな種類のコロナウイルスを持ってるんだ。WIV1-CoVやWIV16-CoVみたいなのは、元々SARSのアウトブレイクを引き起こしたSARS-CoV-1に近い関係がある。専門家たちは、これらのウイルスが将来的に人間に感染するように適応する可能性があると考えているよ。

コロナウイルスによる新たなパンデミックから自分たちを守るために、これらのウイルスに対抗できる新しい抗ウイルス治療が必要なんだ。コロナウイルスが人間の細胞に入る方法の重要な側面は、スパイクタンパク質を通じて細胞表面の特定の受容体に結合することだよ。SARS-CoV-1やSARS-CoV-2など、いろんなコロナウイルスは人間のアンギオテンシン変換酵素2(ACE2)受容体を使う能力を発展させてる。他にも、MERS-CoVみたいなコロナウイルスには、ジペプチジルペプチダーゼ4(DPP4)という別の重要な受容体がある。

コロナウイルスがこれらの受容体を標的にするとき、スパイクタンパク質が細胞に効果的に入るためには追加のステップが必要なんだ。プロテアーゼと呼ばれる特定のタンパク質がこのプロセスを助けるよ。TMPRSS2っていうプロテアーゼは、ウイルスのスパイクタンパク質に細胞表面で作用するんだ。カテプシンLっていう別のプロテアーゼは、ウイルスが細胞に入った後、エンドソームと呼ばれる細胞の別の部分で働く。

これらのウイルスがどうやって人間の細胞に入るかを理解することは、効果的な治療法を開発するために重要なんだ。SARS-CoV-2みたいなコロナウイルスは、細胞に入る方法がいくつかあるし、TMPRSS2の存在と活性がウイルスがどのルートを使うかに影響することもあるんだ。

シアル酸の役割

シアル酸は、たくさんの細胞の表面に存在する糖分子の一種だよ。いくつかのコロナウイルスはシアル酸と相互作用することが分かってるんだ。この糖が、ウイルスが細胞に入る前に細胞に付着するのを助ける可能性があるって提案されてる。SARS-CoV-2やMERS-CoVみたいなコロナウイルスは、細胞に入るのにシアル酸に依存してることが示されてるけど、そのプロセスにおける正確な役割は完全には明らかじゃないんだ。

この研究では、いろんなコロナウイルスの細胞への侵入におけるシアル酸の重要性を調べることを目指したよ。最近出現したコロナウイルスや前出現のコウモリコロナウイルスを調べた。これは感染プロセスを模擬する特別なモデルを使って行ったんだ。私たちの目標は、これらのウイルスが細胞に入るときのシアル酸の機能的な役割を理解することだったよ。

方法

いろんなコロナウイルスの侵入を研究するために、レントウイルス擬似粒子に基づいたモデルを使ったんだ。このモデルを使うことで、生のウイルスを使うリスクなしにウイルスが細胞に入る方法を評価できるよ。特定の受容体を発現するように改造した細胞株に焦点を当てた。異なる細胞株を比較することで、擬似粒子が細胞にどれだけ入るかを見れたんだ。

さらに、これらの細胞株のいくつかをシアル酸を生成する酵素が欠けた状態に改造した。これによって、ウイルスの侵入に対するシアル酸の重要性を理解することができたよ。細胞にシアル酸を取り除く特別な酵素を処理して、擬似粒子の侵入にどんな影響があるかを見たんだ。

これらの異なるアプローチを使って、シアル酸の役割とコロナウイルスのいろんな侵入ルートを評価したよ。

発見

シアル酸依存性

私たちの結果は、ウイルスの侵入に対するシアル酸の必要性が侵入ルートによって異なることを示してたよ。WIV1-CoVやWIV16-CoVみたいなエンドソーム経路を主に使うコロナウイルスは、シアル酸がないと細胞に入る能力が大幅に減少したんだ。

一方で、いくつかのSARS-CoV-2のバリアントのように細胞表面の侵入ルートを好むコロナウイルスは、TMPRSS2の存在のおかげでシアル酸への依存度が少なかったよ。TMPRSS2を発現する細胞では、シアル酸を取り除いても侵入にあまり影響がなく、ウイルスはTMPRSS2経路を通って入ることができたんだ。

侵入ルートの好み

コロナウイルスは、自分たちの受容体やプロテアーゼの発現に基づいて特定の侵入ルートを好むことが観察されたよ。例えば、MERS-CoVはエンドソームと細胞表面の両方の侵入経路を利用できたけど、シアル酸の存在によってその侵入はかなり影響を受けたんだ。

この研究では、オミクロン変異株のようなSARS-CoV-2のいくつかの系統がTMPRSS2が存在しているときでもエンドソーム経路を好んで使うことが示された。この侵入ルートの柔軟性が、ウイルスが異なる宿主環境に適応するのに役立つかもしれない。

コロナウイルスの侵入比較

さまざまなコロナウイルスの侵入戦略を比較することで、興味深いパターンが明らかになったよ。例えば、MERS-CoVやHCoV-OC43という別のコロナウイルスは侵入にシアル酸を依存してるけど、SARS-CoV-1や前出現のコウモリコロナウイルスは主にエンドソーム経路を使用し、シアル酸がないことにもっと影響を受けるんだ。

全体的に、データはシアル酸がエンドソーム経路を通じてコロナウイルスが侵入する際に重要な役割を果たすことを示して、細胞表面経路でのシアル酸の影響はTMPRSS2の存在によって軽減される可能性があるってことを示したよ。

結論

この研究は、コロナウイルスが人間の細胞に入る方法を理解する手助けになるんだ。結果は、シアル酸がエンドソーム経路を通じてウイルスの侵入を促進する重要な役割を果たしていることを示唆してるけど、細胞表面侵入における役割はあまり重要じゃない、特にTMPRSS2が存在する場合はね。

これらのメカニズムを理解することは、コロナウイルスに対する効果的な治療法を開発するために不可欠なんだ。将来の研究は、コロナウイルスとシアル酸の相互作用や、どのように異なる侵入戦略を利用しているかに焦点を当てるべきだね。この知識が、より良い抗ウイルス治療や新たなウイルスの脅威に対する予防措置のデザインに貢献するかもしれないよ。

オリジナルソース

タイトル: Cellular sialoglycans are differentially required for endosomal and cell-surface entry of SARS-CoV-2

概要: Cell entry of severe acute respiratory coronavirus-2 (SARS-CoV-2) and other CoVs can occur via two distinct routes. Following receptor binding by the spike glycoprotein, membrane fusion can be triggered by spike cleavage either at the cell surface in a transmembrane serine protease 2 (TMPRSS2)-dependent manner or within endosomes in a cathepsin-dependent manner. Cellular sialoglycans have been proposed to aid in CoV attachment and entry, although their functional contributions to each entry pathway are unknown. In this study, we used genetic and enzymatic approaches to deplete sialic acid from cell surfaces and compared the requirement for sialoglycans during endosomal and cell-surface CoV entry, primarily using lentiviral particles pseudotyped with the spike proteins of different sarbecoviruses. We show that entry of SARS-CoV-1, WIV1-CoV and WIV16-CoV, like the SARS-CoV-2 omicron variant, depends on endosomal cathepsins and requires cellular sialoglycans for entry. Ancestral SARS-CoV-2 and the delta variant can use either pathway for entry, but only require sialic acid for endosomal entry in cells lacking TMPRSS2. Binding of SARS-CoV-2 spike protein to cells did not require sialic acid, nor was sialic acid required for SARS-CoV-2 entry in TMRPSS2-expressing cells. These findings suggest that cellular sialoglycans are not strictly required for SARS-CoV-2 attachment, receptor binding or fusion, but rather promote endocytic entry of SARS-CoV-2 and related sarbecoviruses. In contrast, the requirement for sialic acid during entry of MERS-CoV pseudoparticles and authentic HCoV-OC43 was not affected by TMPRSS2 expression, consistent with a described role for sialic acid in merbecovirus and embecovirus cell attachment. Overall, these findings clarify the role of sialoglycans in SARS-CoV-2 entry and suggest that cellular sialoglycans mediate endosomal, but not cell-surface, SARS-CoV-2 entry. Thus, it may be important to consider both cell entry pathways when developing sarbecovirus entry inhibitors targeting virus-sialoglycan interactions. Author summaryThe COVID-19 pandemic, caused by SARS-CoV-2, has resulted in over 676 million infections and 6.8 million deaths so far, demonstrating the threat posed by emerging CoVs. In humans, SARS-CoV-2 and related coronaviruses cause respiratory tract infections, such as the common cold, as well as more severe disease in some individuals. To prepare for future outbreaks, conserved steps in the CoV replication could be considered for antiviral prophylactic or therapeutic approaches. One such process is CoV cell entry, which occurs via two main routes: At the cell surface or within endosomes. Cellular receptors, proteases and complex sugars, known as glycans, mediate CoV entry steps. In this study, we compared the role of a specific glycan subset, sialoglycans, in endosomal and cell surface CoV entry. We show that sialoglycans are required for entry of various CoVs that are mainly dependent on the endosomal route, but in the case of SARS-CoV-2, sialoglycans were not required when the cell-surface entry route was available. Our findings contribute to understanding the mechanisms of CoV entry, which could inform development of pan-CoV antivirals that target CoV entry steps.

著者: Che C Colpitts, K. C. Siwak, E. V. LeBlanc, H. M. Scott, Y. Kim, I. E. Pellizzari-Delano, A. M. Ball, N. J. Temperton, C. J. Capicciotti

最終更新: 2024-06-24 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.24.600376

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.24.600376.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

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