חלבון ספייק

חלבון ספייק
	חלבוני ספייק (בטורקיז) מבצבצים מפני השטח של הנגיף SARS-CoV-2, הנגיף שגורם ל-COVID-19. החלבון עובר גליקוזילציה והגליקנים שלו מוצגים בכתום.
שיוך	icosahedral viral capsid
מזהים
מערכת השפה הרפואית המאוחדת	C3548373

בווירולוגיה, חלבון ספייק (באנגלית: Spike protein) או חלבון פפלומר (peplomer) הוא חלבון היוצר מבנה גדול המכונה ספייק או פפלומר (מעין קוץ) שמבצבץ מעל פני השטח של מעטפת נגיפית.^[2]^[3] החלבונים הם בדרך כלל גליקופרוטאינים (תרכובות של חלבון ופחמימה הקשורים בקשר קוולנטי) היוצרים דימרים או טרימרים.^[3]^[4]

היסטוריה ואטימולוגיה

"פפלומר" הוא ספייק בודד שעולה מפני השטח של הנגיף. שכבת החומר על פני השטח של הנגיף היא פפלוס.^[3]^[5]^[6] דרכים מוקדמות לסיווג נגיפים כמו שיטת לווף-הורן-טורנייה משנות ה-60 השתמשו במראה ובמורפולוגיה (צורה) של הפפלוס והפפלומרים כמאפיינים לסיווג.^[5]^[7]^[8] לאחרונה, המונח פפלוס נחשב מילה נרדפת למעטפת נגיפית.^[6]

תכונות

ספייקים או פפלומרים הם בדרך כלל בליטות מהמשטח הוויראלי בצורת מוט או מקל. חלבוני ספייק הם חלבוני ממברנה עם אקטודומיינים חיצוניים גדולים בדרך כלל, תחום טרנסממברני יחיד המעגן את החלבון במעטפת הנגיף, וזנב קצר בחלק הפנימי של הנגיף. הם עשויים גם ליצור אינטראקציות חלבון-חלבון עם חלבונים ויראליים אחרים, כגון אלו היוצרים את הנוקלאוקפסיד.^[3] הם בדרך כלל גליקופרוטאינים, בדרך כלל באמצעות גליקוזילציה מקושרת N ופחות מאשר גליקוזילציה מקושרת O.^[3]

תפקידים

לספייקים יש בדרך כלל תפקיד בכניסה ויראלית לגוף המארח. הם עשויים לקיים אינטראקציה עם קולטנים משטח התא הממוקמים על התא המארח וייתכן שיש להם פעילות צבירה, התכנסות, התגבשות (hemagglutinizing) כתוצאה מכך, או שבמקרים אחרים הם עשויים להיות אנזימים.^[6] לדוגמה, לנגיף השפעת יש שני חלבונים על פני השטח עם שני תפקידים אלו, המגלוטינין ונויראמינידאז.^[6] אתר הקישור לקולטן משטח התא ממוקם בדרך כלל בקצה הספייק.^[3] חלבוני ספייק רבים הם חלבוני איחוי ממברנה.^[9] בהיותם חשופים על פני הווירוס, חלבוני ספייק יכולים להיות אנטיגנים.^[6]

דוגמאות

קוצים או פפלומרים נראים לעיתים בתמונות מיקרוסקופ אלקטרונים של מעטפת נגיפית כמו אורתומיקסו-וירוסים, פרמיקסו-וירוסים, ראבדו-וירוסים, פילו-וירוסים, וירוסי קורונה, בוניה-וירוסים, ארנה-וירוסים ורטרו-וירוסים.^[3]

נגיפי הקורונה

נגיף קורונה מציג חלבון ספייק קורונה, הידוע גם בשם חלבון S, על פני השטח שלו. S הוא חלבון היתוך מסוג I ואחראי לתיווך כניסה ויראלית כשלב ראשון בזיהום ויראלי.^[10] הוא אנטיגני מאוד ואחראי על רוב הנוגדנים המיוצרים על ידי מערכת החיסון בתגובה לזיהום. מסיבה זו חלבון הספייק היה מוקד הפיתוח עבור חיסונים נגד COVID-19 בתגובה למגפת הקורונה הנגרמת על ידי הנגיף SARS-CoV-2.^[11]^[12] לתת-סוג של וירוסי בטאקורונה (betacorona), הידועים בשם embecoviruses (לא כולל וירוסים דמויי SARS), יש חלבון משטח קצר נוסף המכונה המאגלוטינין אסטראז (hemagglutinin esterase).^[13]

מגפת הקורונה חייבה זיהוי של חלקיקים נגיפיים במיקרוסקופי אלקטרונים הבודקים דגימות רקמות של מטופל. מבנים תת-תאיים נורמליים זוהו בצורה שגויה כנגיף קורונה בשל הדמיון השטחי שלהם למורפולוגיה של נגיף הקורונה, ומכיוון שהספייקים הייחודיים של נגיף הקורונה ניכרים על ידי שיטת הכתם השלילי אך הרבה פחות נראים בחתך דק.^[14]

נגיפי שפעת

לרוב תת-הקבוצות של נגיף השפעת יש שני חלבוני שטח המתוארים כפפלומרים, נויראמינידאז (אנזים) והמגלוטינין (חלבון היתוך מסוג I). לחלקם יש, במקום זאת, חלבון המאגלוטינין אסטראז אחד עם שני הפונקציות.^[3]

רטרו-וירוסים

לרטרו-וירוסים כגון נגיף הכשל החיסוני האנושי (HIV) יש פפלומרים על פני השטח.^[3] אלו הם קומפלקסים של חלבונים שנוצרו על ידי שני חלבונים, gp41 ו-gp120, ששניהם באים לידי ביטוי מהגן env ויוצרים ביחד קומפלקס חלבון ספייק המתווך כניסה ויראלית.^[15]

הערות שוליים

^ Solodovnikov, Alexey (2021-07-29). "Достоверно красиво: как мы сделали 3D-модель SARS-CoV-2" [Truly beautiful: how we made the SARS-CoV-2 3D model] (ברוסית). N+1. אורכב מ-המקור ב-2021-07-30. נבדק ב-30 ביולי 2021. {{cite web}}: (עזרה)
^ Saunders Comprehensive Veterinary Dictionary (3rd ed.). Elsevier, Inc. 2007. as cited in "peplomer". The Free Dictionary. Farlex. 2011. נבדק ב-30 במרץ 2011. {{cite web}}: (עזרה)
^ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ ⁹ Burrell, Christopher J. (2016). Fenner and White's medical virology (Fifth ed.). London, United Kingdom. ISBN 978-0123751560.
^ Deng, X.; Baker, S.C. (2021). "Coronaviruses: Molecular Biology (Coronaviridae)". Encyclopedia of Virology: 198–207. doi:10.1016/B978-0-12-814515-9.02550-9. ISBN 9780128145166.
^ ¹ ² Lwoff, André; Tournier, Paul (באוקטובר 1966). "The Classification of Viruses". Annual Review of Microbiology. 20 (1): 45–74. doi:10.1146/annurev.mi.20.100166.000401. PMID 5330240. {{cite journal}}: (עזרה)
^ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ Mahy, B. W. J. (2009). The dictionary of virology (4th ed.). Amsterdam: Elsevier/Academic Press. ISBN 9780080920368.
^ Lwoff, A; Horne, RW; Tournier, P (13 ביוני 1962). "[A virus system]". Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences. 254: 4225–7. PMID 14467544. {{cite journal}}: (עזרה)
^ Lwoff, A.; Horne, R.; Tournier, P. (1 בינואר 1962). "A System of Viruses". Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology. 27: 51–55. doi:10.1101/sqb.1962.027.001.008. PMID 13931895. {{cite journal}}: (עזרה)
^ Harrison, Stephen C. (במאי 2015). "Viral membrane fusion". Virology. 479–480: 498–507. doi:10.1016/j.virol.2015.03.043. PMC 4424100. PMID 25866377. {{cite journal}}: (עזרה)
^ Wang, Yuhang; Grunewald, Matthew; Perlman, Stanley (2020). "Coronaviruses: An Updated Overview of Their Replication and Pathogenesis". Coronaviruses. Methods in Molecular Biology. Vol. 2203. pp. 1–29. doi:10.1007/978-1-0716-0900-2_1. ISBN 978-1-0716-0899-9. PMC 7682345. PMID 32833200.
^ Le, Tung Thanh; Cramer, Jakob P.; Chen, Robert; Mayhew, Stephen (באוקטובר 2020). "Evolution of the COVID-19 vaccine development landscape". Nature Reviews Drug Discovery. 19 (10): 667–668. doi:10.1038/d41573-020-00151-8. PMID 32887942. {{cite journal}}: (עזרה)
^ Kyriakidis, Nikolaos C.; López-Cortés, Andrés; González, Eduardo Vásconez; Grimaldos, Alejandra Barreto; Prado, Esteban Ortiz (בדצמבר 2021). "SARS-CoV-2 vaccines strategies: a comprehensive review of phase 3 candidates". npj Vaccines. 6 (1): 28. doi:10.1038/s41541-021-00292-w. PMC 7900244. PMID 33619260. {{cite journal}}: (עזרה)
^ Woo, Patrick C. Y.; Huang, Yi; Lau, Susanna K. P.; Yuen, Kwok-Yung (24 באוגוסט 2010). "Coronavirus Genomics and Bioinformatics Analysis". Viruses. 2 (8): 1804–1820. doi:10.3390/v2081803. PMC 3185738. PMID 21994708. {{cite journal}}: (עזרה)
^ Bullock, Hannah A.; Goldsmith, Cynthia S.; Zaki, Sherif R.; Martines, Roosecelis B.; Miller, Sara E. (באפריל 2021). "Difficulties in Differentiating Coronaviruses from Subcellular Structures in Human Tissues by Electron Microscopy". Emerging Infectious Diseases. 27 (4): 1023–1031. doi:10.3201/eid2704.204337. PMC 8007326. PMID 33600302. {{cite journal}}: (עזרה)
^ Mao, Youdong; Wang, Liping; Gu, Christopher; Herschhorn, Alon; Xiang, Shi-Hua; Haim, Hillel; Yang, Xinzhen; Sodroski, Joseph (בספטמבר 2012). "Subunit organization of the membrane-bound HIV-1 envelope glycoprotein trimer". Nature Structural & Molecular Biology. 19 (9): 893–899. doi:10.1038/nsmb.2351. PMC 3443289. PMID 22864288. {{cite journal}}: (עזרה)

[1] Solodovnikov, Alexey (2021-07-29). "Достоверно красиво: как мы сделали 3D-модель SARS-CoV-2" [Truly beautiful: how we made the SARS-CoV-2 3D model] (ברוסית). N+1. אורכב מ-המקור ב-2021-07-30. נבדק ב-30 ביולי 2021. {{cite web}}: (עזרה)

[2] Saunders Comprehensive Veterinary Dictionary (3rd ed.). Elsevier, Inc. 2007. as cited in "peplomer". The Free Dictionary. Farlex. 2011. נבדק ב-30 במרץ 2011. {{cite web}}: (עזרה)

[burrell_2016-3] ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ ⁹ Burrell, Christopher J. (2016). Fenner and White's medical virology (Fifth ed.). London, United Kingdom. ISBN 978-0123751560.

[deng_2021-4] Deng, X.; Baker, S.C. (2021). "Coronaviruses: Molecular Biology (Coronaviridae)". Encyclopedia of Virology: 198–207. doi:10.1016/B978-0-12-814515-9.02550-9. ISBN 9780128145166.

[lwoff_1966-5] ¹ ² Lwoff, André; Tournier, Paul (באוקטובר 1966). "The Classification of Viruses". Annual Review of Microbiology. 20 (1): 45–74. doi:10.1146/annurev.mi.20.100166.000401. PMID 5330240. {{cite journal}}: (עזרה)

[mahy_2009-6] ¹ ² ³ ⁴ ⁵ Mahy, B. W. J. (2009). The dictionary of virology (4th ed.). Amsterdam: Elsevier/Academic Press. ISBN 9780080920368.

[lwoff_1962-7] Lwoff, A; Horne, RW; Tournier, P (13 ביוני 1962). "[A virus system]". Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences. 254: 4225–7. PMID 14467544. {{cite journal}}: (עזרה)

[lwoff_cshl_1962-8] Lwoff, A.; Horne, R.; Tournier, P. (1 בינואר 1962). "A System of Viruses". Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology. 27: 51–55. doi:10.1101/sqb.1962.027.001.008. PMID 13931895. {{cite journal}}: (עזרה)

[harrison_2015-9] Harrison, Stephen C. (במאי 2015). "Viral membrane fusion". Virology. 479–480: 498–507. doi:10.1016/j.virol.2015.03.043. PMC 4424100. PMID 25866377. {{cite journal}}: (עזרה)

[wang_2020-10] Wang, Yuhang; Grunewald, Matthew; Perlman, Stanley (2020). "Coronaviruses: An Updated Overview of Their Replication and Pathogenesis". Coronaviruses. Methods in Molecular Biology. Vol. 2203. pp. 1–29. doi:10.1007/978-1-0716-0900-2_1. ISBN 978-1-0716-0899-9. PMC 7682345. PMID 32833200.

[le_2020-11] Le, Tung Thanh; Cramer, Jakob P.; Chen, Robert; Mayhew, Stephen (באוקטובר 2020). "Evolution of the COVID-19 vaccine development landscape". Nature Reviews Drug Discovery. 19 (10): 667–668. doi:10.1038/d41573-020-00151-8. PMID 32887942. {{cite journal}}: (עזרה)

[kyriakidis_2021-12] Kyriakidis, Nikolaos C.; López-Cortés, Andrés; González, Eduardo Vásconez; Grimaldos, Alejandra Barreto; Prado, Esteban Ortiz (בדצמבר 2021). "SARS-CoV-2 vaccines strategies: a comprehensive review of phase 3 candidates". npj Vaccines. 6 (1): 28. doi:10.1038/s41541-021-00292-w. PMC 7900244. PMID 33619260. {{cite journal}}: (עזרה)

[woo_2010-13] Woo, Patrick C. Y.; Huang, Yi; Lau, Susanna K. P.; Yuen, Kwok-Yung (24 באוגוסט 2010). "Coronavirus Genomics and Bioinformatics Analysis". Viruses. 2 (8): 1804–1820. doi:10.3390/v2081803. PMC 3185738. PMID 21994708. {{cite journal}}: (עזרה)

[bullock_2021-14] Bullock, Hannah A.; Goldsmith, Cynthia S.; Zaki, Sherif R.; Martines, Roosecelis B.; Miller, Sara E. (באפריל 2021). "Difficulties in Differentiating Coronaviruses from Subcellular Structures in Human Tissues by Electron Microscopy". Emerging Infectious Diseases. 27 (4): 1023–1031. doi:10.3201/eid2704.204337. PMC 8007326. PMID 33600302. {{cite journal}}: (עזרה)

[mao_2012-15] Mao, Youdong; Wang, Liping; Gu, Christopher; Herschhorn, Alon; Xiang, Shi-Hua; Haim, Hillel; Yang, Xinzhen; Sodroski, Joseph (בספטמבר 2012). "Subunit organization of the membrane-bound HIV-1 envelope glycoprotein trimer". Nature Structural & Molecular Biology. 19 (9): 893–899. doi:10.1038/nsmb.2351. PMC 3443289. PMID 22864288. {{cite journal}}: (עזרה)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]