코로나바이러스 S 단백질로 Pseudotype된 렌티바이러스Lentivirus Pseudotyped with Coronavirus Spike (S) Protein

Mechanism of coronavirus cell entry

바이러스가 호스트 세포에 들어가는 첫번째 단계는 세포 표면에 부착하는 것입니다. 이는 바이러스의 특정한 receptor 단백질이 호스트 세포막에 존재하는 상보적인 receptor에 결합함으로써 이루어집니다. 외부 층으로 지질 이중막을 갖는 코로나바이러스 및 렌티바이러스와 같은 외피 보유 (enveloped) 바이러스의 경우, 바이러스 receptor 단백질이 외피에 박혀서 바깥쪽으로 돌출되어 있습니다. 단백질 capsid 외피를 외부 층으로 갖는 아데노바이러스 및 AAV와 같은 외피가 없는 (non-enveloped) 바이러스의 경우 바이러스 receptor는 capsid의 일부로 존재합니다.

코로나바이러스의 경우 spike (S) 단백질은 바이러스 envelope에서 돌출된 spike를 형성하여, 바이러스가 왕관 또는 후광과 같은 모습으로 보이게 하며, 이로부터 코로나바이러스라는 이름이 유래되었습니다. 이 spike는 호스트 세포에 대한 바이러스의 부착을 담당하며, 바이러스 envelope이 호스트 세포막에 융합되어 세포로 바이러스가 유입되도록 합니다.

코로나바이러스는 다양한 호스트 종에 대해 매우 다른 tropism을 나타내는 많은 바이러스들로 구성된 큰 그룹의 바이러스입니다. 따라서 특정한 코로나바이러스 종은 일반적으로 하나 또는 몇 개의 호스트 종만 효과적으로 감염시킬 수 있습니다. 이 tropism은 특정 바이러스 유형의 S 단백질이 호스트 종의 타겟 receptor에 특이적으로 결합하기 때문입니다. 예를 들어, SARS 및 COVID-19의 원인이 되는 바이러스인 SARS-CoV 및 SARS-CoV-2는 S 단백질이 인간 호흡기관, 폐 및 구강 상피세포의 표면에 존재하는 angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) receptor와의 결합을 통해 인간을 감염시키게 됩니다. 반면에, MERS의 원인이 되는 MERS-CoV는 dipeptidyl peptidase-4 (DPP4) receptor와의 결합을 통하여 인간 세포로 진입합니다.

실험적인 검증

당사에서는 pseudotyping 방법을 최적화하기 위한 다수의 자체적인 기술을 개발했습니다. 그 결과, 당사의 최적화된 바이러스는 기존의 다른 방법들과 비교할 때 훨씬 더 높은 transduction 효율을 나타냅니다. 당사의 바이러스에 대한 광범위한 실험적 검증을 수행했습니다. SARS-CoV-2 S 단백질과 D614G mutation을 가진 SARS-CoV-2 S 단백질로 pseudotype된 렌티바이러스는 인간 ACE2 receptor를 높은 수준으로 발현하는 293T 세포를 효율적으로 transduction할 수 있지만, ACE2 발현이 안되거나 낮은 293T 세포는 transduction할 수 없음을 형광 reporter를 이용하여 보여주고 있습니다 (Figure 1). 따라서 SARS-CoV-2 S 단백질 또는 VSV-G로 pseudotype된 바이러스를 위한 transduction에 최적화된 당사의 ACE2-발현 세포주 사용을 권장합니다.

아래는 transduction test (Figure 1, Figure 2, Figure 3), luciferase (Figure 4) 및 Western blot (Figure 5) 결과입니다.