En av de väsentliga faktorerna som covid-19-viruset behöver för att komma in i en värd är en receptor på en mänsklig cell – en plats där det universellt erkända spikproteinet kan haka fast på cellytan, tränga igenom den, ta bort dess smittsamma innehåll och replikera.

Utan en receptor finns det ingen replikation. Utan replikering finns det ingen infektion.

Forskare vid Princeton Universitys avdelning för kemi och avdelningen för molekylärbiologi har använt en cellulär kartläggningsteknik kallad µMap, som introducerades för bara två år sedan av MacMillan Lab, för att avslöja åtta tidigare okända ingångspunkter av intresse för spikproteinet.

Fyra av dem, fann forskare, är funktionellt viktiga för virusintrång.

Forskningen publicerades tidigare denna månad i Journal of the American Chemical Society (JACS) . Det skulle kunna utöka utbudet av verktyg som används för att bekämpa viruset, särskilt eftersom det muterar och utvecklar sätt att undvika vacciner.

Samarbetsprojektet inleddes på höjden av pandemi osäkerhet för två år sedan under Alexander Ploss, en ledande virolog och professor i molekylärbiologi, och David MacMillan, James S. McDonnell Distinguished University Professor och en Nobelpristagare i kemi.

Forskare har vetat sedan SARS-CoV-1-viruset dök upp 2003 att dess primära virala inträdesreceptor var ett enzym som kallas angiotensinomvandlande enzym 2, eller ACE2. Detta enzym bekräftades 2020 som samma receptor för SARS-CoV-2, viruset som orsakar COVID-19.

Men Princeton-projektet började med antagandet att ACE2 inte var den enda historien.

"Vi visste att det finns vissa värdmolekyler som det här viruset absolut är beroende av för att komma in i lungceller för att orsaka infektionen, och en av dessa molekyler kallas ACE2", säger Ploss. "Så vi sa i princip, okej, låt oss se om det finns mer där ute. Vi letade efter omedelbara pärmar.

"Men som du kan föreställa dig är inträdesprocessen komplex. Viruset fäster vid något och sedan måste det fortfarande passera genom cellmembranet för att komma in i en cell, och på så sätt kan det interagera med andra värdfaktorer. Jag vill påstå att allt dikteras av virusintrång. Det är uppenbart att det finns ett antal lika viktiga processer i cellen efter att viruset har kommit in som kan påverka sjukdomens svårighetsgrad.

"Men det är uppenbarligen det första nyckelsteget. Om viruset inte kan ta sig in är det över."

Steve Knutson, en medförfattare på tidningen och en postdoktor vid MacMillan Lab, tillade:"Medan upptäckten av ACE2 som huvudreceptorn var en stor milstolpe, berättar den verkligen inte hela historien om COVID-patologin. Biologi kan i sig vara promiskuös, och vi gissade rätt att SARS-CoV-2 spikproteinet interagerar med flera värdcellsproteiner för inträde."

Han tillade att undersökningar som denna är en "perfekt" forskning som passar µMap-tekniken.

Spiken som µMap-antenn

Micromap (µMap) är en närhetsmärkningsteknologi som identifierar protein- och enzym-"grannar" på en cells yta. Den använder en fotokatalysator - en molekyl som när den aktiveras av ljus stimulerar en kemisk reaktion - för att flagga dessa rumsliga relationer genom att generera en markör som taggar molekylära grannar.

I detta arbete använde forskare själva spikproteinet som markör eller "antenn" för att märka alla receptorställen i närheten av ACE2.

"Alex hade den här fantastiska instinkten att det finns andra saker förutom ACE2 som kan tillåta dig att tänka på smittsamhet", sa MacMillan. "Så vad vi gjorde var att sätta den här fotokatalysatorn - och vi kallar dem antenner - på spikproteinet, så att när det binder till saker i cellen nära ACE2, absorberar den här lilla antennen den fotoniska energin, ljuset.

"Men den kan inte ge bort den energin över långa avstånd. Den kan bara ge den till det som finns i närheten. Molekylen som är fritt flytande måste i princip möta den inom två nanometer," tillade MacMillan. "Så vi vet vad som finns bredvid den. Vi vet vad som interagerar med den."

Efter att tekniken identifierat åtta nya receptorer som interagerar med spikproteinet, karakteriserade forskare dem med en viruspseudopartikel. (En pseudopartikel efterliknar virusintrång men bär inte det genetiska materialet för att sprida viruset.) De isolerade sedan fyra ingångsfaktorer som var värda att undersökas vidare.

"Pseudopartikelsystemet tillåter oss att koppla bort viralt upptag och studera inträdesprocessen från allt nedströms den infektionscykeln", säger Ploss. "Om du letar efter effekten av vissa värdfaktorer på inträde, vill du se att du kan studera det oberoende av replikation. Så här introducerar vi i princip en reportergen i cellen och kan sedan kvantifiera hur effektivt inträde har ägt rum."

MacMillan sa att ytterligare arbete behövdes för att i slutändan fastställa receptorernas funktion, men forskare undrar om de kan ha en ledtråd till sjukdomens svårighetsgrad.

"Vi kan inte säga att alla åtta faktorer är relaterade till SARS-CoV-2-inträde", säger Saori Suzuki, en associerad forskare vid Ploss Lab. "Fyra faktorer av åtta var enastående vid virologisk bedömning. Vi måste bedöma mer och utvärdera mer exakt.

"I nästa steg måste vi bedöma hur dessa faktorer stödjer ACE2 för virusinträde och om nya virala varianter använder samma uppsättning faktorer." + Utforska vidare

Coronavirus spik protein aktiverat naturligt immunsvar, skadade hjärtmuskelceller