Published March 23, 2022
| Version v1
Publication
The "LLQY" motif on SARS-CoV-2 spike protein affects S incorporation into virus particles
Creators
- 1. Jinan University
- 2. Chinese Academy of Agricultural Sciences
- 3. Chinese Academy of Medical Sciences & Peking Union Medical College
- 4. Wenzhou University
- 5. Ministry of Agriculture and Rural Affairs
- 6. Guangdong Academy of Agricultural Sciences
- 7. Peking University
- 8. South China Agricultural University
Description
Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike (S) glycoprotein mediates viral entry and membrane fusion. Its cleavage at S1/S2 and S2' sites during the biosynthesis in virus producer cells and viral entry are critical for viral infection and transmission. In contrast, the biological significance of the junction region between both cleavage sites for S protein synthesis and function is less understood. By analyzing the conservation and structure of S protein, we found that intrachain contacts formed by the conserved tyrosine (Y) residue 756 (Y756) with three α-helices contribute to the spike's conformational stability. When Y756 is mutated to an amino acid residue that can provide hydrogen bonds, S protein could be expressed as a cleaved form, but not vice versa. Also, the L753 mutation linked to the Y756 hydrogen bond prevents the S protein from being cleaved. Y756 and L753 mutations alter S protein subcellular localization. Importantly, Y756 and L753 mutations are demonstrated to reduce the infectivity of the SARS-CoV-2 pseudoviruses by interfering with the incorporation of S protein into pseudovirus particles and causing the pseudoviruses to lose their sensitivity to neutralizing antibodies. Furthermore, both mutations affect the assembly and production of SARS-CoV-2 virus-like particles in cell culture. Together, our findings reveal for the first time a critical role for the conserved L753-LQ-Y756 motif between S1/S2 and S2' cleavage sites in S protein synthesis and processing as well as virus assembly and infection. IMPORTANCE The continuous emergence of SARS-CoV-2 variants such as the delta or lambda lineage caused the continuation of the COVID-19 epidemic and challenged the effectiveness of the existing vaccines. Logically, the spike (S) protein mutation has attracted much concern. However, the key amino acids in S protein for its structure and function are still not very clear. In this study, we discovered for the first time that the conserved residues Y756 and L753 at the junction between the S1/S2 and S2' sites are very important, like the S2' cleavage site R815, for the synthesis and processing of S protein such as protease cleavage, and that the mutations severely interfered with the incorporation of S protein into pseudotyped virus particles and SARS-CoV-2 virus-like particles. Consequently, we delineate the novel potential target for the design of broad-spectrum antiviral drugs in the future, especially in the emergence of SARS-CoV-2 variants.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
متلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة فيروس كورونا 2 (SARS - CoV -2) ارتفاع (S) البروتين السكري يتوسط الدخول الفيروسي والاندماج الغشائي. يعد انقسامه في مواقع S1/S2 و S2 'أثناء التخليق الحيوي في الخلايا المنتجة للفيروس ودخول الفيروس أمرًا بالغ الأهمية للعدوى الفيروسية وانتقالها. على النقيض من ذلك، فإن الأهمية البيولوجية لمنطقة الوصلة بين موقعي الانقسام لتخليق ووظيفة بروتين S أقل فهمًا. من خلال تحليل حفظ وبنية بروتين S، وجدنا أن التلامسات داخل السلسلة التي شكلتها بقايا التيروزين المحفوظة (Y) 756 (Y756) مع ثلاثة α - helices تساهم في الاستقرار التوافقي للارتفاع. عندما يتحول Y756 إلى بقايا حمض أميني يمكن أن توفر روابط هيدروجينية، يمكن التعبير عن بروتين S كشكل منقسم، ولكن ليس العكس. أيضًا، تمنع طفرة L 753 المرتبطة برابطة الهيدروجين Y 756 تشقق بروتين S. تغير طفرات Y756 و L753 التوطين تحت الخلوي لبروتين S. الأهم من ذلك، ثبت أن طفرات Y756 و L753 تقلل من عدوى فيروسات سارس- كوف-2 الكاذبة عن طريق التدخل في دمج بروتين S في جزيئات الفيروسات الكاذبة والتسبب في فقدان الفيروسات الكاذبة لحساسيتها لتحييد الأجسام المضادة. علاوة على ذلك، تؤثر كلتا الطفرتين على تجميع وإنتاج جزيئات تشبه فيروس كورونا 2 المرتبط بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة في مزرعة الخلايا. معًا، تكشف نتائجنا لأول مرة عن دور حاسم لعزر L 753 - LQ - Y 756 المحفوظ بين مواقع الانقسام S 1/S 2 و S 2 في تخليق ومعالجة بروتين S بالإضافة إلى تجميع الفيروسات والعدوى. أهمية تسبب الظهور المستمر لمتغيرات فيروس كورونا 2 المرتبط بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة مثل سلالة دلتا أو لامدا في استمرار وباء كوفيد-19 وتحدى فعالية اللقاحات الحالية. منطقيًا، جذبت طفرة بروتين سبايك (S) الكثير من القلق. ومع ذلك، فإن الأحماض الأمينية الرئيسية في بروتين S لهيكلها ووظيفتها لا تزال غير واضحة تمامًا. في هذه الدراسة، اكتشفنا لأول مرة أن البقايا المحفوظة Y756 و L753 عند التقاطع بين موقعي S1/S2 و S2 مهمة جدًا، مثل موقع الانقسام S2 'R815، لتخليق ومعالجة بروتين S مثل انقسام الأنزيم البروتيني، وأن الطفرات تتداخل بشدة مع دمج بروتين S في جزيئات الفيروس ذات النمط الزائف والجزيئات الشبيهة بفيروس سارس- كوف-2. وبالتالي، فإننا نحدد الهدف المحتمل الجديد لتصميم الأدوية المضادة للفيروسات واسعة الطيف في المستقبل، خاصة في ظهور متغيرات فيروس كورونا 2 المرتبط بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة.Translated Description (French)
La glycoprotéine de pointe (S) du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) assure la médiation de l'entrée virale et de la fusion membranaire. Son clivage aux sites S1/S2 et S2'pendant la biosynthèse dans les cellules productrices de virus et l'entrée virale sont critiques pour l'infection et la transmission virales. En revanche, la signification biologique de la région de jonction entre les deux sites de clivage pour la synthèse et la fonction de la protéine S est moins comprise. En analysant la conservation et la structure de la protéine S, nous avons constaté que les contacts intra-chaîne formés par le résidu de tyrosine (Y) 756 (Y756) conservé avec trois hélices α contribuent à la stabilité conformationnelle du pic. Lorsque Y756 est muté en un résidu d'acide aminé qui peut fournir des liaisons hydrogène, la protéine S pourrait être exprimée sous une forme clivée, mais pas l'inverse. De plus, la mutation L753 liée à la liaison hydrogène Y756 empêche la protéine S d'être clivée. Les mutations Y756 et L753 modifient la localisation subcellulaire de la protéine S. Il est important de noter que les mutations Y756 et L753 réduisent l'infectivité des pseudovirus SARS-CoV-2 en interférant avec l'incorporation de la protéine S dans les particules de pseudovirus et en faisant perdre aux pseudovirus leur sensibilité aux anticorps neutralisants. En outre, les deux mutations affectent l'assemblage et la production de particules de type virus SARS-CoV-2 dans la culture cellulaire. Ensemble, nos résultats révèlent pour la première fois un rôle critique pour le motif L753-LQ-Y756 conservé entre les sites de clivage S1/S2 et S2'dans la synthèse et le traitement de la protéine S ainsi que dans l'assemblage et l'infection du virus. IMPORTANCE L'émergence continue de variants du SRAS-CoV-2 tels que la lignée delta ou lambda a provoqué la poursuite de l'épidémie de COVID-19 et remis en question l'efficacité des vaccins existants. Logiquement, la mutation de la protéine Spike (S) a suscité beaucoup d'inquiétude. Cependant, les acides aminés clés de la protéine S pour sa structure et sa fonction ne sont pas encore très clairs. Dans cette étude, nous avons découvert pour la première fois que les résidus Y756 et L753 conservés à la jonction entre les sites S1/S2 et S2'sont très importants, comme le site de clivage S2' R815, pour la synthèse et le traitement de la protéine S telle que le clivage de la protéase, et que les mutations interfèrent sévèrement avec l'incorporation de la protéine S dans les particules pseudotypées du virus et les particules pseudotypées du virus SARS-CoV-2. Par conséquent, nous délimitons la nouvelle cible potentielle pour la conception de médicaments antiviraux à large spectre à l'avenir, en particulier dans l'émergence de variants du SRAS-CoV-2.Translated Description (Spanish)
La glicoproteína Spike (S) del coronavirus 2 del síndrome respiratorio agudo grave (SARS-CoV-2) media la entrada viral y la fusión de la membrana. Su escisión en los sitios S1/S2 y S2'durante la biosíntesis en las células productoras de virus y la entrada viral son fundamentales para la infección y transmisión viral. Por el contrario, la importancia biológica de la región de unión entre ambos sitios de escisión para la síntesis y función de la proteína S se entiende menos. Al analizar la conservación y la estructura de la proteína S, encontramos que los contactos intracatenarios formados por el residuo de tirosina (Y) conservado 756 (Y756) con tres hélices α contribuyen a la estabilidad conformacional del pico. Cuando Y756 se muta a un residuo de aminoácido que puede proporcionar enlaces de hidrógeno, la proteína S podría expresarse como una forma escindida, pero no viceversa. Además, la mutación L753 unida al enlace de hidrógeno Y756 evita que la proteína S se escinda. Las mutaciones Y756 y L753 alteran la localización subcelular de la proteína S. Es importante destacar que se ha demostrado que las mutaciones Y756 y L753 reducen la infectividad de los pseudovirus del SARS-CoV-2 al interferir con la incorporación de la proteína S en las partículas de pseudovirus y hacer que los pseudovirus pierdan su sensibilidad a los anticuerpos neutralizantes. Además, ambas mutaciones afectan el ensamblaje y la producción de partículas similares al virus SARS-CoV-2 en cultivo celular. En conjunto, nuestros hallazgos revelan por primera vez un papel crítico para el motivo L753-LQ-Y756 conservado entre los sitios de escisión S1/S2 y S2'en la síntesis y el procesamiento de la proteína S, así como en el ensamblaje y la infección del virus. IMPORTANCIA La aparición continua de variantes del SARS-CoV-2, como el linaje delta o lambda, provocó la continuación de la epidemia de COVID-19 y desafió la efectividad de las vacunas existentes. Lógicamente, la mutación de la proteína pico (S) ha suscitado mucha preocupación. Sin embargo, los aminoácidos clave en la proteína S por su estructura y función aún no están muy claros. En este estudio, descubrimos por primera vez que los residuos conservados Y756 y L753 en la unión entre los sitios S1/S2 y S2'son muy importantes, como el sitio de escisión S2' R815, para la síntesis y el procesamiento de la proteína S, como la escisión de la proteasa, y que las mutaciones interfirieron gravemente con la incorporación de la proteína S en partículas de virus pseudotipificadas y partículas similares al virus SARS-CoV-2. En consecuencia, delineamos el nuevo objetivo potencial para el diseño de fármacos antivirales de amplio espectro en el futuro, especialmente en la aparición de variantes del SARS-CoV-2.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تؤثر فكرة "LLQY" على بروتين سبايك SARS - CoV -2 على دمج S في جزيئات الفيروس
- Translated title (French)
- Le motif « LLQY » sur la protéine de pointe SARS-CoV-2 affecte l'incorporation de S dans les particules virales
- Translated title (Spanish)
- El motivo "LLQY" en la proteína espicular del SARS-CoV-2 afecta la incorporación de S en las partículas virales
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4205766569
- DOI
- 10.1128/jvi.01897-21
References
- https://openalex.org/W1965531501
- https://openalex.org/W2140388343
- https://openalex.org/W2143482219
- https://openalex.org/W2292700442
- https://openalex.org/W2513547424
- https://openalex.org/W2762161295
- https://openalex.org/W2803748520
- https://openalex.org/W2953275535
- https://openalex.org/W2969525890
- https://openalex.org/W2994156659
- https://openalex.org/W2999409984
- https://openalex.org/W3003217347
- https://openalex.org/W3003788575
- https://openalex.org/W3006116465
- https://openalex.org/W3007643904
- https://openalex.org/W3009335299
- https://openalex.org/W3009912996
- https://openalex.org/W3010441732
- https://openalex.org/W3013093478
- https://openalex.org/W3017258575
- https://openalex.org/W3017302293
- https://openalex.org/W3020667419
- https://openalex.org/W3022435472
- https://openalex.org/W3027138240
- https://openalex.org/W3036207734
- https://openalex.org/W3039901154
- https://openalex.org/W3042332408
- https://openalex.org/W3042383115
- https://openalex.org/W3043431476
- https://openalex.org/W3048571801
- https://openalex.org/W3058836816
- https://openalex.org/W3083130172
- https://openalex.org/W3084276987
- https://openalex.org/W3084653951
- https://openalex.org/W3085153423
- https://openalex.org/W3086975118
- https://openalex.org/W3092766467
- https://openalex.org/W3093768302
- https://openalex.org/W3096967708
- https://openalex.org/W3099699699
- https://openalex.org/W3102328262
- https://openalex.org/W3105996820
- https://openalex.org/W3111255098
- https://openalex.org/W3114507428
- https://openalex.org/W3117730334
- https://openalex.org/W3120823005
- https://openalex.org/W3124805424
- https://openalex.org/W3126729284
- https://openalex.org/W3128276018
- https://openalex.org/W3130156934
- https://openalex.org/W3133782701
- https://openalex.org/W3133980772
- https://openalex.org/W3136105419
- https://openalex.org/W3142432096