SARS-CoV-2スパイクタンパク質の血栓炎症および神経病理学的配列モチーフは、ウイルスに工学的に組み込まれたようである。（論文の翻訳）
【要旨】
フィブリンがCOVID-19の血栓性炎症と神経病理を促進する」と題された画期的な論文2が2024年8月に発表され、しばしば「ロングCOVID」と呼ばれるSARS-CoV-2感染後の血栓症および神経学的症状のメカニズムは、スパイクタンパク質の個別の部分、特に3つのN末端ドメインへのフィブリンの結合に起因すると結論づけられた。この論文は11万ビューを超えるインパクトのある論文であり、同時期に発表された論文の99パーセンタイルに位置する。
ここでは、フィブリン、フィブリノーゲン、あるいはその両方に結合するスパイクタンパク質の領域について検討する。スパイクタンパク質のN末端には3つの強力な結合ペプチドがあり、驚くべきことに、これらの領域はSARS-CoV-2に特有で天然のサルベコウイルスには見られない3つの挿入部分でもある。パンデミック前のサルベコウイルスはすべて、これらの領域に部分的な欠失があるか、あるいは保存されていないタンパク質のアミノ酸置換があるため、フィブリン結合をサポートしない。
さらに、この3つの挿入部分は、HIV gp120タンパク質と高い配列相同性を持つことが以前に示されているスパイクタンパク質の領域にも対応している。GP120はHIVの表面タンパク質であり、CD4+ T細胞上の宿主細胞表面レセプターに結合し、感染開始のための細胞侵入を促進する。HIV患者とCOVID-19患者の免疫学的および臨床症状を比較すると、Dダイマー産生、CD4+リンパ球減少、神経向性、IL-10発現の共通性から、これらのタンパク質配列の相同性が臨床的に関連することが強く示唆される。
ロングCOVIDの病態生理は、HIV gp120タンパク質モチーフの特性を模倣する配列相同性を持つスパイクタンパクモチーフの挿入に基づくものであり、これらのSARS-CoV-2モチーフはサルベコウイルス亜属には見られないという結論は、これらの挿入がSARS-CoV-2の合成アセンブリにおけるデザイン上の特徴であることを強く示唆している。
【はじめに】
COVID-19患者におけるSARS-CoV-2病理のメカニズムに関する画期的な論文が、2024年8月に、「フィブリンがCOVID-19における血栓炎症と神経病理学を促進する」という題名でRyuらによって発表された。2021年の論文3では以前、S1スパイクタンパク質とフィブリンとの相互作用について述べられていた。この論文では、フィブリンがSARS-CoV-2スパイクタンパク質と結合し、炎症性の血栓を形成し、それがCOVID-19における全身の血栓性炎症と神経病理学を引き起こすことが述べられている。SARS-CoV-2感染後、フィブリンはその炎症性ドメインを介して、肺における酸化ストレスとマクロファージの活性化に必要であり、ナチュラルキラー細胞を抑制する。
フィブリンは促進する。
Ryu,J.K.、Yan,Z.、Montano,M.他。フィブリンはCOVID-における血栓炎症と神経病理を促進する。
19. Nature 633, 905-913 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07873-4
3 Grobbelaar LM、Venter C、Vlok M、Ngoepe M、Laubscher GJ、Lourens PJ、Steenkamp J、Kell DB、Pretorius E. SARS-CoV-2スパイクタンパク質S1は、線溶に抵抗性のフィブリンを誘導する。COVID-19におけるマイクロクロート形成への影響。Biosci Rep. 2021 Aug 27;41(8):BSR20210611. PMID: 34328172; PMCID: PMC8380922
1 ORCID; Atossa therapeutics, Inc.
2
感染後の神経炎症と神経細胞喪失、および活発な感染とは独立した脳と肺における自然免疫活性化。
2020年1月23日、Shi博士とWIVの同僚たちは、SARS-CoV-2に関する最も早いプレプリント論文4の1つを発表し、2013年に最初に収集されたウイルスであるRaTG13と比較したが、この論文まで文献に完全には説明されていない。Shiはこのプレプリントの中でこう述べている： 「nCoV-2019とRaTG13のS遺伝子は他のSARS関連CoVよりも長い。nCoV-2019の大きな違いは、N末端ドメインに3つの短い挿入があることである。」
2020年1月31日、「Uncanny similarity of unique inserts in the 2019-nCoV spike protein to HIV-1 gp120 and Gag」（2019-nCoVスパイク・タンパク質におけるユニークな挿入物とHIV-1 gp120およびGagとの不気味な類似性）と題する査読なしのプレプリント5が発表された。その要旨には、「我々は、2019-nCoVに特有の、他のコロナウイルスには存在しないスパイク糖タンパク質（S）の挿入を発見した。重要なことは、4つの挿入部すべてのアミノ酸残基が、HIV-1 gp120またはHIV-1 Gagのアミノ酸残基と同一または類似していることである。興味深いことに、挿入部分は一次アミノ酸配列上不連続であるにもかかわらず、2019-nCoVの3Dモデリングは、それらが受容体結合部位を構成するように収束していることを示唆している。HIV-1の主要な構造タンパク質に含まれるアミノ酸残基と同一性／類似性を有する4つのユニークな挿入部分が2019-nCoVに見つかったことは、自然界では偶然とは考えにくい」。この論文は広く読まれ、76万以上の抄録が読まれ、116の報道機関に取り上げられた。また、NIHやNIAIDの機関内でも、局長クラスで広く議論されたようである。
著者は48時間以内にプレプリントを撤回した： 「この論文は著者によって撤回されました。著者らは、技術的アプローチと結果の解釈について研究コミュニティから寄せられたコメントに応じて、修正するつもりである。その間に寄せられた135のコメントを簡単にレビューすると、挿入配列の長さが短いこと、RaTG13にこれらの挿入配列が見つかったこと、当時は天然の、改変されていない、野生で採集されたコウモリウイルスであると信じられており、GenBankに数日前にアップロードされたばかりであったが、これらの配列が他のコロナウイルスにはないことが確認されたことなどに焦点が当てられている。コメントには、4つのインサートの確率を組み合わせた方法で調べるようにとの要望が複数あったが、これは行われなかった。
ここでは、フィブリンとスパイクタンパク質の相互作用領域、特にフィブリン、フィブリノーゲン、あるいはその両方に対して最も強い親和性を持つスパイクタンパク質のN末端の3つの部分を調べ、3つのN末端挿入部分と密接な相関があることを発見した。また、3つの挿入部分の連結を行い、偶然に3つすべてがSARS-CoV-2とHIVの両方で見つかる確率と、SARS-CoV-2発生の6年前に採取され、SARS-CoV-2発生から1100km離れたRaTG13が偶然にSARS-CoV-2と関連している確率の推定を可能にした。
【結果】
挿入体のタンパク質ブラストにより、HIV表面gp120タンパク質との相同性が同定された
最初のインサートである、フィブリン結合領域とHIV様セグメント（FHAIHVSGTNGTKRFDNPVL）の両方をカバーする20merのブラストにより、以下のような高い相同性を持つ中国のHIV患者配列が同定された。
このような短いセグメント。長い部分的同一性と短い完全同一性という2種類の相同性が見られる。これはHIV gp120タンパク質のV4ドメインに対応する。
2番目のインサートである15merのYHKNNKSWMESEFRVのブラストでも同様の結果が得られた。これはgp120タンパク質のV5ドメインにマップされる。1つの配列は15残基中14残基で部分的に同一である。これはHIVのV5ドメインにマップされる。
3番目のインサート、25merのINITRFQTLLALHRSYLTPGDSSSGのブラストは、HIV gp120タンパク質のV1ドメインと適度な相同性を示した。
HIVのgp120タンパク質とSARS-CoV-2のスパイクタンパク質では、これらの不連続な挿入部分が三次元的に組み合わされている。
これらのペプチドインサートを比較することの1つの批判は、それらの短い長さです。しかし、HIVの折り畳まれたウイルス表面タンパク質は、これらのペプチドをまとめてCD4受容体認識ドメインを形成することが知られています。したがって、3つの挿入の集合的な相同性を調べるために、これらの連結を形成することが適切です。その分析はここ（下記）に示されています。
挿入3のN末端14アミノ酸がない場合でも、3e-23の同一性の統計は非常に重要な結果です。ほとんどのBLASTでは、1e-3（0.001）未満のE値は統計的に有意であると考えられています。ここで、非常に低いE値（例：3e-23）は、上記の統計的しきい値よりも20桁小さいため、アライメントがランダムな偶然によるものではなく、相同性の非常に強力な指標であることを強く示唆しています。
これらの挿入物とコウモリウイルスRaTG13の同じ連結は、その摂理が問題であり、ほぼ同一である相同性を持っています。
同様の連結を3つの挿入物で行い、RaTG13と比較した。2013年にコウモリから採取されたこのウイルスは、実験室で遺伝子操作されたことはないと主張されている。それにもかかわらず、RaTG13の収集場所から1100km、6年の時を隔てて出現したヒトのSARS-CoV-2との比較は、統計的に非常に有意である。
RaTG13関連ウイルスのこのタンパク質モチーフを野生で6年間凍結すると同時に、2019年秋に出現する中国での1100kmの移動を促進するような進化的メカニズムは知られていない。
パンデミック前のコウモリサルベコウイルスに関して、3つのN末端スパイクタンパク質挿入はユニークであり、サルベコウイルスから約1200ADEの最新共通祖先までの時間（tMRCA）以降の配列多様性を最大限に反映するように選択されたサルベコウイルスのパネルでは見られない。
SARS-CoV-2のN末端のトロンビン結合モチーフと明らかなHIV模倣モチーフが、SARS2に特有のもので、他のサルベコウイルスには見られないかどうかを調べるために、以前にキュレートされた44のサルベコウイルスのセットが使用された。
6これらのウイルスは「タンパク質コード遺伝子の識別と非コーディング浄化選択に適した進化的距離で選択され、平均して4倍の変性部位あたり約3置換（29哺乳類/12ハエプロジェクトに匹敵）。
これは、tMRCAに近づき、サルベコウイルスが長期間にわたって利用できる進化パレットの近似値を提供する。
N末端インサート1：
この図は、最初のN末端挿入物、フィブリン結合配列とHIV様挿入物の位置を示している。
配列の上、青い線はフィブリン結合モチーフ、赤い線はHIV様部分を示す。上段はSARS-CoV-2ペプチド配列。次の行は遺伝子配列で、各3ntコドンが記されている。SARS-CoV-2の下は44サルベコウイルスの遺伝子配列である。色のないコドンはSARS-CoV-2と同一で、薄緑色は同義コドンであり、ntは変化するがアミノ酸は変わらない。濃い緑色は非同義的変化であるが、結果として生じるアミノ酸がSARS-CoV-2のアミノ酸と「類似」している。赤のコドンはSARS-CoV-2のアミノ酸とは無関係のアミノ酸をコードしていることを示す。また、空白は関連ウイルスがその場所にコドンを持たないことを示す。
11アミノ酸のHIV様配列であるTNGTKRFDNPVを始めとして、他のサルベコウイルスには配列の大部分を占める大きな欠失や非相同アミノ酸がある。RaTG13は11個のアミノ酸のうち10個が最も近い。フィブリン結合モチーフはHIV様配列のN末端であるが、他のウイルスも欠失と非相同アミノ酸置換が混在していることを示している。ここでもRaTG13だけが非相同アミノ酸を1つだけ持っている。RaTG13の提供はこの報告の主題ではないが、実験室での遺伝子操作の可能性は念頭に置くべきである。
N末端インサート2：
2番目のN末端インサートを下図に示す。
ここでは、HIV様挿入物はより小さく、フィブリン結合配列の内部にある。ご覧のとおり、SARS-CoV-2の両方のアミノ酸配列の半分以上は、他のウイルスでは非相同であるか、または一緒に削除されることさえある。この挿入物では、RaTG13配列はさらに顕著である：nt配列とアミノ酸配列の両方で同一である。他のウイルスはどれもフィブリンまたはCD4細胞結合活性を持っていない。
N末端インサート3：
3番目のN末端インサートを下図に示す：
もう一度、RaTG13を除いて、2つの機能的モチーフは欠失または非相同アミノ酸のいずれかによって消滅することがわかる。ここでRaTG13は、150の連続したnt、つまり99.3%のntホモロジーよりも単一の相同nt変化だけで再び際立っている。念のため、SARS-CoV-2とRaTG13の全体的なnt相同性は96.3%と低く、この領域は異常に保存されている。
HIVのこれらのV1、V4、V5ドメインは長さが超可変であり、HIVの免疫逃避に寄与している。
HIV-1 and SARS-CoV-2: Patterns in the evolution of two pandemic pathogens（HIV-1とSARS-CoV-2：2つのパンデミック病原体の進化のパターン）」と題された論文で、著者らは次のように指摘している。"HIV-1 Envタンパク質の可変ループの4つ（V1、V2、V4、V5でV3はない）には、挿入や欠失によって変化する並外れた能力を持つ超可変部分がある。これらの領域の変動性は劇的であり、抗体耐性を中和する上で重要な役割を果たします。
著者らはまた、スパイクに見られる、小さな、空間的に局在した明瞭なインデルのクラスターがあり、それはまれではあるが、複数回サンプリングされることが多いため、生存・伝播する可能性が高いと指摘している。これらのクラスターの中で最も興味深いのは、スパイクの137-148位の間の領域で、上記のインサート3に相当する。このスパイク可変領域は、HIV-1の超可変領域よりもはるかに可変性が少ないが、いくつかの特徴を共有している： (1)この領域は、スパイク上の露出したループであるN3ループと重なっている。(2)この領域には、多くの特徴的な局所欠失パターンが観察される。非常に頻繁に観察されるΔ144欠失と並んで、341の異なるスパイク配列の中に、24の異なる欠失パターンのスペクトルが見られる。
そして最後に、（3）それはNTDスーパーサイトに埋め込まれているので、Δ144のように、この領域の他の欠失も抗体耐性に影響を与える可能性があります。
SARS-CoV-2のHIV様配列が患者において機能的である証拠
SARS-CoV-2とHIVはともに患者のCD4+ T細胞に感染し、IL-10の発現、免疫抑制、CD4+細胞のリンパ球減少を引き起こし、臨床転帰は不良である。
1980年代にHIVが初めて臨床の場に現れたとき、HIVは重度の免疫不全患者における日和見感染として現れた。これは、三量体を介してCD4表面糖タンパク質に結合することにより、CD4+細胞の特異的かつ重度のリンパ球減少症に追跡された。2023年、SARS-CoV-2もまた、CD4表面糖タンパク質とスパイクタンパク質のS1領域との相互作用を介してこれらの免疫細胞に感染し、CD4+細胞の減少を引き起こすことが判明した。
SARS-CoV-2もHIVも、Dダイマー上昇を介したフィブリノゲン活性化の臨床的証拠をもたらす。
HIVのギャグタンパク質とSARS-CoV-2のスパイクタンパク質がフィブリノーゲンと生化学的相互作用がある場合、これらのウイルスに感染した患者のD-ダイマーレベルの上昇で凝固の活性化が見られる。実際、抗レトロウイルス療法管理戦略試験（SMART）研究では、HIV感染後に死亡した患者におけるD-ダイマー測定値の上昇という形で凝固活性化との関連があった。COVID-19では、より高い入院とピークD-ダイマー値は、臨床転帰の悪化、特に挿管率と死亡率の上昇と関連していた。
これは、スパイクタンパク質に挿入されたS1のタンパク質配列の同一性も、同じフィブリノーゲン相互作用と臨床病理を生成するという臨床的証拠です。
HIVではなく、SARS-CoV-2は直接トロンビン相互作用を介して神経学的所見を生成する。
参考文献2で述べたように、SARS-CoV-2はフィブリンとの相互作用によって神経学的所見を生じる。HIVがフィブリンやフィブリノーゲンと直接結合できるという証拠はあまりない。挿入体のペプチドモチーフを調べると、少なくとも挿入体1と3では、HIV様配列とフィブリン結合配列は部分的にしか重なっていないことがわかる。従って、HIVがこのような機能を持たないことは驚くべきことではない。
HIV-1特異的抗体とポリクローナル血漿によるSARS-CoV-2の交差中和
HIV-1特異的広域中和抗体とポリクローナル血漿によるSARS-CoV-2の交差中和」と題する論文12が2021年に発表された。交差反応性エピトープ（CRE）とは、同じ抗体によって認識または中和されるウイルス上の類似エピトープのことである。SARS-CoV-2のSタンパク質は、HIV-1エンベロープ（Env）やインフルエンザヘマグルチニンなどのウイルスのI型融合タンパク質と同様に、高度にグリコシル化されている。近年、HIV-1慢性感染症で産生される高活性かつ広範な中和能を有するヒトモノクローナル抗体(bnAbs)が明らかにされつつある。HIV-1 bnAbsのいくつかは、高密度なウイルス糖鎖や交差反応性エピトープ（CRE）を認識するように進化しているので、これらのbnAbsがSARS-CoV-2と交差反応するかどうかを評価した。いくつかのHIV-1 bnAbはSARS-CoV-2と交差反応性を示したが、
1つのHIV-1 CD4結合部位bnAbであるN6はSARS-CoV-2を中和した。
この研究は、gp120のCD4結合モチーフとSARS-CoV-2のHIV様挿入物が、HIVに対して上昇させた抗体がSARS-CoV-2を認識し中和することを可能にする3次元構造を持っていることを示している。この抗体が認識するHIVモチーフはCD4結合部位である。