单分子荧光技术研究ACE2受体和抗体与SARS-CoV-2刺突蛋白及病毒颗粒的结合

已知SARS-CoV-2毒株的包膜刺突三聚体已进化出在不同结构状态之间的构象波动，这影响宿主受体结合效率、感染机制和抗体结合敏感性。先前，我们报道了病毒颗粒上的刺突三聚体在两种端状态之间交替：一种功能性和一种非功能性。这些动力学，加上病毒颗粒刺突的紧密排列，可能限制反应性单克隆抗体或受体靶点的总数。这种化学计量限制对于感染效率和对抗体介导的抗病毒机制的敏感性是重要的考虑因素。这里，我们使用单分子荧光检测方法和逐步检测算法来量化捕获病毒颗粒上配体结合的化学计量学，该算法通过荧光光漂白步骤计数配体。重要的是，这种方法不涉及病毒颗粒刺突的基因或化学修饰。单分子光漂白轨迹提供了关于单个病毒颗粒上受体和/或配体结合的化学计量学以及结合位点可及性的有价值信息，这可能成为基于稳定刺突三聚体中常见过渡态结构改进疫苗设计的动力，从而可能引发更多交叉反应抗体。我们发现，当可溶性三聚体与可溶性受体或半抗体反应时，武汉和奥密克戎变体的可溶性三聚体检测到预期的三个光漂白步骤，即反映3:1的结合化学计量。在病毒颗粒上，37°C反应中检测到一系列受体结合化学计量，武汉和奥密克戎变体分别最大为12:1或9:1。武汉株倾向于更高的化学计量。标记的半抗体结合化学计量也是分布的，但跨株系差异较小，显示最大为5:1–6:1抗体/病毒颗粒。在任一情况下，这些值远低于病毒颗粒上刺突结合位点的理论数量。值得注意的是，将反应温度升高至42°C会降低受体结合化学计量。总的来说，这些数据表明病毒颗粒上相当一部分刺突三聚体被限制结合受体或某些同源抗体，无论是组成性的还是由于邻近三聚体的配体结合，而较小的一部分仍然能够达到或维持功能构象。