Dalam studi baru-baru ini yang diposting di server pracetak bioRxiv*, para peneliti mengeksplorasi dampak mutasi hilangnya fungsi pada sindrom pernapasan akut coronavirus 2 (SARS-CoV-2) varian Omicron pada ekspresi protein lonjakan.
Studi: Mutasi hilangnya fungsi pada varian Omicron mengurangi ekspresi protein lonjakan dan melemahkan infeksi SARS-CoV-2. Kredit Gambar: JuanGaertner/Shutterstock.com
*Pemberitahuan penting: bioRxiv menerbitkan laporan ilmiah awal yang tidak ditinjau oleh rekan sejawat dan, oleh karena itu, tidak boleh dianggap sebagai konklusif, memandu praktik klinis/perilaku terkait kesehatan, atau diperlakukan sebagai informasi yang ditetapkan.
Latar belakang
Beberapa varian SARS-CoV-2 yang menjadi perhatian (VOC) dengan beragam mutasi protein lonjakan telah muncul sejak pandemi penyakit virus corona 2019 (COVID-19) dimulai.
Protein lonjakan (S) pada virion terdiri dari tiga subunit, yang dikenal sebagai trimer. Subunit ini disebut S1 dan S2. Studi Omicron terutama berkonsentrasi pada domain pengikat reseptor (RBD) dan pengaruhnya terhadap kekebalan yang diinduksi infeksi atau vaksin karena banyaknya mutasi yang ada pada protein lonjakan.
Mutasi di dekat situs pembelahan S1/S2 dan situs pembelahan furin (FCS) diketahui berkontribusi pada evolusi SARS-CoV-2, tetapi pengaruhnya terhadap Omicron belum banyak diteliti.
Tentang penelitian
Dalam penelitian ini, para peneliti menilai bagaimana mutasi SARS-CoV-2 Omicron C-terminus subunit S1 (CTS1) berdampak pada patogenesis dan infeksi SARS-CoV-2.
SARS-CoV-2 mutan dengan mutasi N679K, P681H, dan H655Y telah dibuat di tulang punggung WA1 (YKH). Pemrosesan lonjakan dalam virion murni dari tipe liar (WT) dan infeksi YKH dievaluasi. Tim berhipotesis bahwa N679K dapat memengaruhi infeksi SARS-CoV-2.
Mutan SARS-CoV-2 dengan hanya mutasi N679K di tulang punggung WA1 dibuat untuk menilai ini. Studi tersebut melibatkan infeksi hamster emas Suriah berusia tiga hingga empat minggu dengan N679K dan mencatat penurunan berat badan dan perkembangan penyakit selama tujuh hari.
Tim menentukan penyebab di balik hilangnya fungsi yang terlihat pada mutan N679K. Efek N679K pada pemrosesan lonjakan proteolitik dievaluasi, mengingat lokasinya di sebelah FCS. Pemrosesan lonjakan diperiksa dengan blotting virion murni dari N679K, WT, dan varian Omicron BA.1.
Hasil
Mutan YKH menghasilkan plak yang lebih kecil daripada strain WT. Mutan YKH tidak menunjukkan pengurangan titer stok atau kinetika replikasi dalam sel Vero E6 dibandingkan dengan strain SARS-CoV-2 WT.
Titer titik akhir yang terkait dengan YKH lebih tinggi pada 48 jam pasca infeksi (hpi) dalam sel Calu-3 2B4 dibandingkan dengan WT, meskipun replikasi menurun pada 24 hpi. Studi menunjukkan bahwa tiga mutasi dapat mempengaruhi dinamika infeksi varian Omicron, berpotensi memberikan beberapa manfaat.
Protein lonjakan YKH mengalami lebih banyak pemrosesan daripada protein lonjakan WT, mirip dengan Omicron dan Delta. Pada 24 hpi, lonjakan YKH memiliki rasio pembelahan S1/S2 dengan rasio lonjakan panjang penuh kira-kira 2,4:1, sementara WT memiliki tingkat produk S1/S2 yang serupa dengan panjang penuh.
Mutan YKH, yang mengandung mutasi H655Y, N679K, dan P681H, menyebabkan hasil titik akhir virus yang lebih tinggi dalam sel pernapasan manusia dan berperan dalam peningkatan pemrosesan lonjakan Omicron.
Ukuran plak N679K lebih kecil pada dua dan tiga hari pasca infeksi (dpi) dibandingkan dengan WT, dan titer stok lebih rendah menurut karakterisasi awal. Variasi yang diamati dalam ukuran plak dan titer stok sejalan dengan temuan sebelumnya pada sebagian besar strain Omicron.
Mutan N679K menunjukkan pengurangan replikasi dalam sel Calu-3 2B4 dan Vero E6 pada 24 hpi, berbeda dengan perbedaan minimal yang diamati dalam kinetika replikasi YKH. Studi menemukan bahwa titer virus N679K pulih sebesar 48 hpi; mutasi tampaknya merupakan kehilangan fungsi untuk replikasi di kedua garis sel.
Hamster yang terinfeksi N679K menunjukkan penurunan berat badan yang lebih sedikit dibandingkan dengan hamster yang terinfeksi WT. Studi tersebut menemukan bahwa meskipun terjadi penurunan berat badan yang signifikan, titer virus N679K yang terdeteksi pada sampel paru-paru serupa dengan tipe liar pada dpi dua dan empat hari.
Pada dua dpi, virus mutan N679K menunjukkan titer virus yang serupa dengan virus tipe liar pada pencucian hidung. Namun, pada empat dpi, virus mutan memperlihatkan penurunan replikasi dibandingkan dengan virus tipe liar.
Studi tersebut menunjukkan bahwa mutasi N679K mencakup hilangnya fungsi fenotip baik in vitro maupun in vivo. Para peneliti berhipotesis bahwa efek mutasi P681H dan H655Y dapat mengurangi hilangnya fungsi ini.
N679K menunjukkan rasio S/N 66% lebih rendah daripada WT, menunjukkan penurunan protein lonjakan yang lebih besar dibandingkan dengan penurunan virion yang dimurnikan. Studi ini menemukan bahwa rasio S/N Omicron menurun serupa, menunjukkan bahwa fenotipe tetap konsisten meskipun semua mutasi Omicron. Mutasi N679K menyebabkan tingkat protein lonjakan Omicron lebih rendah daripada WT.
Kesimpulan
Temuan penelitian menunjukkan bahwa mutasi Omicron N679K menyebabkan hilangnya fungsi secara konsisten pada subvarian. Mutasi N679K mengurangi kekuatan virus baik in vitro maupun in vivo dengan meningkatkan degradasi spike.
Efek penguatan mutasi Omicron lainnya, seperti H655Y dan P681H pada pemrosesan lonjakan dan infeksi dapat mengimbangi efek pelemahan mutasi N679K.
Penurunan ekspresi protein lonjakan yang disebabkan oleh N679K dapat memengaruhi kekebalan akibat vaksin dan infeksi. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mengklarifikasi dampak signifikan dari mutasi CTS1 Omicron pada infeksi SARS-CoV-2.
*Pemberitahuan penting: bioRxiv menerbitkan laporan ilmiah awal yang tidak ditinjau oleh rekan sejawat dan, oleh karena itu, tidak boleh dianggap sebagai konklusif, memandu praktik klinis/perilaku terkait kesehatan, atau diperlakukan sebagai informasi yang ditetapkan.