SARS-CoV-2刺突蛋白基因密码子偏好性与进化分析

陈 渏，杨雅丽, 陈 旭, 王 杰, 周嘉裕, 廖 海

(西南交通大学 生命科学与工程学院，四川 成都 610031)

新型冠状病毒(SARS-CoV-2)是继重症急性呼吸综合征冠状病毒(SARS-CoV)与中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)之后出现的又一种高传染性冠状病毒。SARS-CoV-2的基因组中至少含有6个开放阅读框，分别编码S-蛋白(spike protein)、M膜蛋白、E包膜蛋白、N核衣壳蛋白以及多种复制转录酶。其中，S-蛋白能够与人体细胞表面的血管紧张素转换酶2(ACE2)发生特异性相互作用，决定了SARS-CoV-2入侵宿主的亲和能力及组织特异性[1-2]。由于ACE2广泛分布于人类呼吸道、心脏、肾脏、睾丸与胃肠道，推测SARS-CoV-2的作用靶器官可能多样化[3-5]。相较于SARS-CoV，SARS-CoV-2传染性更强，推测其与S-蛋白和ACE2的亲和力更高[6-7]。比较SARS-CoV-2与SARS-CoV的S-蛋白，发现有27处氨基酸残基发生了改变，其中有6个氨基酸位于受体结合区(Receptor binding domain，RBD)。这些改变有可能赋予新型冠状病毒的S-蛋白独特的三维结构特性，进而影响(或增强)其与ACE2 的相互作用。与此同时，由于S-蛋白在侵染过程中的核心地位，其成为预防及治疗新型冠状病毒的单抗或疫苗开发的重要靶点。例如，Yang等[8]获得了靶向RBD(位于S-蛋白的319～545位氨基酸残基)的重组疫苗，能够有效抑制RBD与ACE2的结合，从而阻断SARS-Cov-2假病毒和SARS-Cov-2活病毒的感染。Zhu等[9]利用携带S-蛋白基因的腺病毒载体，注射入人体后，诱导产生S-蛋白抗体。为了更好地开展S-蛋白的结构与功能研究，筛选更有效的SARS-CoV-2疫苗与抗体，急需建立S-蛋白的高效表达体系，确保科研人员获得足量的S-蛋白。然而，不同生物常常具有不同的密码子偏好性，往往倾向于使用一种或几种特定的同义密码子。……