코로나바이러스가 스파이크 단백질을 통해 세포에 침투하는 과정을 분자적 수준에서 어떻게 설명가능한가요?

Question

안녕하세요. 코로나 바이러스는 단백질 껍질에 표면에 스파이크 당백질을 가지고 있다고 하던데요, 코로나바이러스가 스파이크 단백질을 통해 세포에 침투하는 과정을 분자적 수준에서 설명할 수 있나요?

Answer 1

코로나바이러스의 침투는 스파이크(S) 단백질을 통해 시작됩니다.

스파이크 단백질의 RBD(수용체 결합 영역)가 숙주 세포 표면의 ACE2(안지오텐신 전환 효소2) 수용체에 마치 열쇠와 자물쇠처럼 특이적으로 결합하게 됩니다.

세포막이나 엔도솜에 있는 TMPRSS2나 퓨린 같은 숙주 단백질 분해 효소가 스파이크 단백질의 S1과 S2 서브유닛 사이를 절단하여 활성화시키는데, 이 절단은 스파이크 단백질의 S2 서브유닛에 극적인 구조적 변화를 유도하여 융합이 가능하도록 만듭니다. 즉, 활성화된 S2 서브유닛이 바이러스 외피와 세포막을 강하게 당겨 융합시키는 것입니다.

그 결과, 바이러스의 RNA 유전체가 숙주 세포의 세포질 안으로 방출되면서 감염이 되고 복제가 시작되게 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 코로나바이러스(SARS-CoV-2)가 숙주 세포에 침투하는 과정은 바이러스 외피에 존재하는 스파이크 단백질이 숙주 세포의 표면 수용체와 상호작용하는 데서 시작됩니다.

S 단백질은 트라이머 구조로 존재하며, 두 가지 기능적 부분으로 나뉘는데요, 우선 S1 서브유닛은 숙주 세포 수용체(ACE2)에 결합하는 수용체 결합 도메인을 가지고 있으며, S2 서브유닛은 바이러스와 세포막을 실제로 융합시키는 융합 도메인을 가지고 있습니다. 이때 S 단백질은 원래 불활성 전구체 형태로 존재하다가, 숙주 세포의 단백질 분해효소에 의해 S1/S2 경계부 절단이 일어나야 활성화됩니다. 이후 바이러스가 숙주 세포에 접근하면, S1의 RBD가 숙주 세포 표면에 있는 ACE2 수용체를 인식하고 결합하며 이 결합으로 인해 S 단백질의 구조가 변하면서 S2 부분이 노출될 준비를 합니다. ACE2에 결합한 후, 숙주 세포막에 있는 세린 프로테아제 TMPRSS2 또는 엔도솜 내의 카텝신과 같은 단백질 분해효소가 S단백질을 추가적으로 절단하고, 이 절단은 S2 내의 융합 펩타이드를 노출시켜서 바이러스 외피와 세포막의 융합을 가능하게 합니다. 마지막으로 노출된 S2 서브유닛은 큰 구조적 변화를 일으켜, 융합 펩타이드가 숙주 세포막에 삽입되는데요, 이어서 S2 단백질은 헤어핀 형태로 접히며, 바이러스 외피와 세포막을 점점 밀착시키고 결국 두 막이 융합하여, 바이러스의 RNA 유전체(-ssRNA)가 세포질로 방출되는 것입니다. 감사합니다.

Answer 3

코로나바이러스의 스파이크 단백질에 있는 수용체 결합 도메인(RBD)이 인간 세포 표면의 안지오텐신 전환 효소 2(ACE2) 수용체에 결합하면, 인간 세포의 단백질 분해 효소(TMPRSS2)가 스파이크 단백질을 특정 부위에서 절단합니다. 이 절단 과정을 통해 스파이크 단백질의 구조가 불안정해지면서 숨겨져 있던 융합 펩타이드가 노출되고, 이 펩타이드가 세포막에 삽입되면서 바이러스 외피와 세포막의 융합을 유도하여 바이러스의 유전 물질이 세포 내부로 주입됩니다.