- 凝集病毒的刺突蛋白并抑制常规病毒株和 Omicron 病毒株的感染
- 通过同时识别刺突蛋白上的糖链和氨基酸来发挥强大作用
- 为下一次大流行做好准备
肽（PhoSL）对刺突蛋白聚集和新型冠状病毒感染的抑制率
米乐m6官方网站 (AIST) 生物医学研究部、山崎和彦 (Kazuhiko Yamazaki) 高级研究员、久保田友美 (Tomomi Kubota) 细胞与分子工程研究部高级研究员、研究组组长馆野宏明 (Hiroaki Tateno)、长崎大学出岛传染病研究特区首席研究员清水宏树 (Hiroki Shimizu)、森田浩一 (Koichi Morita) 教授、Ngwe Tun 副教授和热带医学研究所、材料结构科学研究所、高能加速器研究组织的Mya Myat、项目副教授Naruhiko Adachi（研究时）、副教授Masato Kawasaki、项目副教授Toshio Moriya和研究人员Satoshi Ikeda发现了一种肽分子，具有抑制新冠病毒常规株和Omicron株感染的能力。
这个肽是刺突蛋白顶部N-聚糖、与其结合、聚集而具有抑制感染的功能。众所周知，在刺突蛋白中，添加糖链的位点很难发生突变，结果表明，这种肽的抗突变作用也很强。以这种肽为起点，我们将致力于创建能够应对未来可能发生的新突变的抑制剂。
有关该技术的详细信息，请参阅2022年8月25日的“FEBS 期刊
日本的新型冠状病毒感染病例反复出现一波一波的感染人数增减，其中第七波感染人数创下有记录以来的最高纪录。多次疫苗接种使重症发病率保持在较低水平，但也很明显，病毒突变会使接种的疫苗和批准的抗体药物的效果降低。这是因为抗体所针对的刺突蛋白很容易发生突变，并且根据突变，未来疾病可能会变得更加严重。相比之下，可口服的小分子药物针对病毒蛋白酶和聚合酶，已知对突变具有相对抵抗力，但它们也有缺点，例如联合使用时存在驱避剂。其中一些小分子药物和抗体药物是在当前大流行之前开发的，基于治疗流感等其他病毒感染的药物，以及从 SARS 中康复的人的抗体。换句话说，即使新型冠状病毒感染在不久的将来消退，继续开发治疗药物的研究将有助于我们为下一次大流行做好准备。
AIST开发了一种系统，可以综合分析碳水化合物识别蛋白的碳水化合物识别特异性和结合强度，并一直致力于将其应用于医疗保健。其中，来自杉茸的糖链结合肽（黄伞rection: PhoSL)的分离和鉴定之外，我们还通过3D结构分析阐明了糖链的特异性识别机制。由于这种肽仅由40个氨基酸组成，因此它的优点是很容易通过化学合成修饰成含有非天然氨基酸的分子。此外，海外研究发现，PhoSL特异性结合新冠病毒刺突蛋白上约一半的糖链（核心岩藻糖) 清晰可见。
长崎大学一直致力于分析病毒复制的分子机制，并评估热带地区存在问题的各种高致病性病毒（例如登革热病毒）的致病性。随着新型冠状病毒感染的蔓延，我们也在评估感染抑制分子的活性。
高能加速器研究组织，冷冻电子显微镜的共享使用基地，我们与国内用户一起进行生物聚合物系统的三维结构分析。
这次，我们定量分析了新型冠状病毒的刺突蛋白与PhoSL的结合，观察到结合引起聚集，发现PhoSL具有抑制新型冠状病毒感染的能力。
这项研究和开发得到了科学研究补助金（基础研究 (B)）“通过创建新型聚糖靶探针开发医疗应用技术（2018-2021 年）”和日本医学研究与发展机构的药物发现先进技术支持平台 (BINDS) 的支持。
这一发现是，一种特异性识别N-聚糖核心岩藻糖结构的肽（PhoSL）与新冠病毒刺突蛋白上的糖链结合并聚集，从而抑制病毒对细胞的感染。常规菌株和 Omicron 菌株在结合 PhoSL 和抑制感染方面表现出相似的活性。
图 1 显示了 PhoSL 三聚体对核心岩藻糖糖链的识别以及由此产生的与刺突蛋白的强结合活性。两种刺突蛋白均源自常规菌株和 Omicron 菌株，解离常数。这比 PhoSL 仅与糖链结合时的活性大约高 1000 倍。
图 1（左）PhoSL 三聚体特异性结合的核心岩藻糖结构（红色：岩藻糖，蓝色：N-乙酰氨基葡萄糖，黄色：甘露糖）和（右）通过表面等离子共振方法与刺突蛋白结合
接下来，我们尝试使用冷冻电子显微镜观察结合状态，发现在没有 PhoSL 的情况下观察到刺突蛋白颗粒，而在添加 PhoSL 时观察到明显的聚集体（图 2）。因此，我们使用了培养的灵长类细胞系PRNT 检测
图 2（左、中）刺突蛋白的冷冻电镜图像（分别不含 PhoSL 和含 PhoSL）和（右）PRNT 检测
此外，分子动力学计算模拟PhoSL和刺突蛋白之间的相互作用时，我们发现它不仅与刺突蛋白的糖链相互作用，而且还与蛋白质部分相互作用。这被认为与结合力比单独的糖链更强的事实有关。
图 3 通过分子动力学计算得出的 PhoSL 和刺突蛋白 (受体结合域:RBD) 交互。它不仅与糖链（颜色与图1相同）而且与蛋白质部分形成紧密的相互作用（红线是疏水相互作用，蓝线是氢键）。
由于糖基化位点往往难以突变，因此糖基化识别肽PhoSL有望成为针对各种突变株的有效广谱抑制剂。此外，如果可以修饰PhoSL以包含非天然氨基酸以增强其与蛋白质的相互作用，预计将获得更强的抑制效果。
*本新闻稿的图1-3是原始论文“Core fucose-specific黄伞凝集素（PhoSL）作为SARS-CoV-2感染的有效广谱抑制剂”。
未来，我们计划根据3D结构信息修改PhoSL，以增强其与刺突蛋白的结合，增强其感染抑制活性。通过这一点，我们的目标是利用 PhoSL 作为病毒感染的治疗或诊断剂。
已出版的杂志：FEBS 期刊
论文标题：核心岩藻糖特异性糙伞凝集素 (PhoSL) 作为 SARS-CoV-2 感染的有效广谱抑制剂
作者：Kazuhiko Yamazaki、Hiko Yasutachi、Ngwe Tun、Mya Myat、Satoshi Ikeda、Toshio Moriya、Masato Kawasaki、Tomoko Yamazaki、Tomomi Kubota、Izuku Nagashima、Hiroki Shimizu、Hiroaki Tateno、Koichi Morita