Пандемия COVID-19 является одной из крупнейших в новейшей истории. Изучение физико-химических основ взаимодействия коронавируса SARS-CoV-2 и клетки-хозяина имеет важное значение в поиске стратегии борьбы с вирусом. Коронавирусы представляют собой оболочечные вирусы с двойным липидным слоем, обычно состоящим из трех белков: шиповидного белка (S), мембранного белка (M) и оболочечного белка (E). Эти белки исследуются для выявления их роли в связывании рецепторов и образовании вирионов. При этом некоторые из коронавирусных белков хорошо изучены, а другие остаются мало описаны.

Из литературных источников известно, что коронавирусы, в том числе SARS-CoV-2, экспрессируют белок оболочки (E), который участвует во многих аспектах жизненного цикла вируса. Белок оболочки E коронавирусов - это небольшой интегральный мембранный белок из 76 аминокислот, состоящий из одного предполагаемого трансмембранного гидрофобного домена длиной 20–30 аминокислот, короткого N-конца (менее 10 аминокислот) и более длинного C-концевого хвоста.

Белок Е способствует упаковке и репликации вируса, а удаление этого белка ослабляет или даже устраняет вирулентность. Другая роль, предполагаемая для белка E, заключается в стимуляции апоптоза. Было также обнаружено, что этот белок олигомеризуется с образованием пентамерной структуры, проявляющей активность ионного канала. Для полного понимания роли белка Е в проникновении вируса в клетку, репликации и образовании дочерних вирионов необходимо знание структуры и физико-химических свойств этого белка. Атомно-силовая микроскопия (АСМ) позволяет в реальном времени визуализировать динамику адсорбции, диффузию и взаимодействие различных биомолекул в естественных жидких средах на молекулярном уровне. В данном исследовании была изучена структура белка оболочки E SARS-CoV-2 с помощью АСМ широкого разрешения в физиологических условиях с целью выяснения механизма самоорганизации белка и условий формирования им пор в липидной оболочке вируса. Результаты исследований показали, что возникновение пор происходит даже от мономеров белка, а пентамеры формируются при концентрации белка от 100 нМ и выше.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-13-00435).

The COVID-19 pandemic is one of the most significant epidemics in recent history. Understanding the physicochemical mechanisms of interaction between the SARS-CoV-2 coronavirus and the host cell plays an important role in finding strategies to combat the virus. Coronaviruses are enveloped viruses whose lipid bilayer typically includes three proteins: spike protein (S), membrane protein (M), and envelope protein (E). These proteins are being studied for their important role in receptor binding and virion budding. While some of the coronavirus proteins are well characterized, others remain poorly understood.

Coronaviruses, including SARS-CoV-2, express an envelope protein (E) involved in many aspects of the virus life cycle. The E protein of coronaviruses is a small 76 amino acid integral membrane protein with one putative transmembrane α-helical hydrophobic domain 20-30 amino acids long, surrounded by a short N-terminus (<10 amino acids) and a longer C-terminal tail.

The E protein promotes virus packaging and propagation and the removal of this protein reduces or even eliminates virulence. Another proposed role of the E protein is the stimulation of apoptosis. It has also been found that this protein oligomerizes to form a pentameric structure that displays ion channel activity. A full understanding of the role of the E protein in the penetration of the virus into the cell, replication and formation of progeny virions requires knowledge of the structure and physicochemical properties of this protein. Atomic force microscopy (AFM) makes it possible to visualize the dynamics of adsorption, diffusion and interactions of various biomolecules in their natural liquid medium at the molecular level in real time. In this study the structure of the E envelope protein of SARS-CoV-2 was studied using high-resolution AFM under physiological conditions. The purpose of this work was to elucidate the mechanism of self-organization of the E protein of the coronavirus and the conditions for the formation of pores in the lipid envelope of the virus. The results of the studies showed that the appearance of pores occurs even from protein monomers. It has also been demonstrated that pentamers are formed at protein concentrations of 100 nM and higher.

This work was supported by the Russian Science Foundation (project no. 22-13-00435).