miniatura|417x417px|Estructura del monòmer de la proteïna S del SARS-CoV-2. La glicoproteïna Spike del SARS-CoV-2, coneguda també com a proteïna S, és una glicoproteïna de fusió vírica de classe I (conformant una espícula vírica) composta per 1273 aminoàcids. La proteïna S ha estat la diana terapèutica clau de cara a la cura de la COVID-19, ja sigui en forma de vacuna, anticòs terapèutic o diferents tipus de diagnòstics clínics. La seva importància radica en el fet que el SARS-CoV-2 la utilitza com a clau d'entrada per accedir dins de les cèl·lules sanes de l'hoste infectat, per medi de l'enzim conversiu de l'angiotensina 2 de la membrana cel·lular. Estructuralment, està formada per dues subunitats: la subunitat S1 i la S2. La primera s'encarrega del reconeixement i unió amb el receptor, mentre que la segona és responsable de la fusió cel·lular. Les glicoproteïnes Spike s'ajunten a la superfície vírica formant trímers, cosa que acaba resultant en la curiosa aparença exterior de corona d'aquests virus.
La variabilitat vírica que presenta la subfamília del Coronavirus ve donada, en part, per les diferències en la proteïna S dels diferents membres, ja que ha anat evolucionant diferentment fins a tal punt que aquesta proteïna, entre els diferents virus de la família, no difereix només en aspectes estructurals de mida, pes i llargària, sinó que també presenta diferències funcionals, com ara en les interaccions contra receptors determinats o en la resposta a detonants naturals de la fusió de membranes entre cèl·lula i virus.
Estructura bioquímica La proteïna S és una proteïna transmembrana del tipus I, d'una mida relativament gran que pot arribar als 180-200 kDa i d'una llargada aproximada de 160Å. Aquesta proteïna, a part d'estar conformada per un gran nombre d'aminoàcids, es troba considerablement glicosilada (la proteïna S dels CoV pot arribar a presentar entre 21-35 llocs per N-glicosilacions). Presenta característiques estructurals, topològiques i funcionals semblants a altres proteïnes virals de fusió del tipus I i, com aquestes, regula el mecanisme d'entrada viral mitjançant una reorganització estructural, on passa d'un estat metaestable a un estat intermedi i, finalment, a un estat estable de post-fusió.miniatura|Representació il·lustrativa d'un SARS-CoV-2. Es poden apreciar els trímers de la glicoproteïna Spike que determinen la forma característica de "corona" d'aquest virus. |189x189px|esquerraLa proteïna consisteix en un fragment N-terminal extracel·lular, un domini transmembrana ancorat a la membrana viral i un petit segment C-terminal intracel·lular. La proteïna normalment presenta una conformació metaestable de prefusió, i un cop el virus interactua amb la cèl·lula hoste, aquest entra en estat de fusió gràcies a una reorganització estructural extensiva de la proteïna que permet que el virus es fusioni amb la membrana de la cèl·lula hoste. A més, les proteïnes es recobreixen amb uns polisacàrids per tal de camuflar-se del sistema immunitari de l'hoste durant l'entrada.
La llargada total de la proteïna és de 1273 aminoàcids. Presenta un senyal peptídic localitzat al fragment N-terminal entre els aminoàcids 1-13, la subunitat S1 (residus 14-685) i una subunitat S2 (residus 686-1273). En la subunitat S1, hi ha un altre domini N-terminal (residus 14-305) i el Receptor-Binding Domain o RBD. Aquest consisteix en cinc làmines-β antiparal·leles (β1, β2, β3, β4 i β7), que formen el nucli conjuntament amb petites hèlices i bucles de connexió. Després de dos petits subdominis (SD1/2), trobem dos llocs d'escisió de proteasa (S1/S2 i S2'). A la subunitat S2, hi trobem el pèptid de fusió o Fusion Peptide (FP) (residus 788-806), dues hèptades peptídiques repetitives (HR1 entre els residus 912-984 i HR2 entre els residus 1163-1213), una hèlix central (CH), un domini connector (CD), el domini transmembrana (residus 1213-1237) i un domini citosòlic (residus 1237-1273). miniatura|329x329px|Il·lustració d'un SARS-CoV-2. Es poden apreciar els trímers característics formats per les glicoproteïnes Spike, observant detalladament l'estructura generalitzada de cadascun d'aquests, on es poden observar les subunitats S1 i S2. És crucial destacar també la divergència pel que fa als gens codificants de la proteïna S entre diversos coronavirus, atès que el gen S del SARS-CoV-2 presenta una diferència considerable respecte el dels altres CoV. La glicoproteïna S presenta un 76% de similitud amb la proteïna S del SARS-CoV Urbani quant a la seqüència aminoacídica, i un 80% amb la dels SARSr-CoV ZXC21 i ZC45 (aquests dos últims són soques derivades de ratpenats). Ara bé, també cal destacar la similitud genòmica que presenta la proteïna S del SARS-CoV-2 amb la del virus RaTG13, amb una similitud d'un 97%. Altrament, la similitud en la seqüència aminoacídica de la regió RBD del COVID-19 es només d'un 74% i 90,1% amb el SARS-CoV i RaTG13, respectivament. No obstant, malgrat la diferència evident que mostra tenir la proteïna S amb la seva homòloga en el SARS-CoV, el mecanisme d'enllaçament és similar pels dos virus.
Malgrat les diferències, la conservació estructural de seqüències aminoacídiques en ambdós virus porta a la hipòtesi que la regió RBM podria induir l'anomenada "reactivitat creuada" per part d'anticossos. Però, actualment no existeixen moltes evidències científiques que demostrin aquest fenomen per part d'anticossos potencials i capacitats per a dur aquesta activitat.
La glicoproteïna S del SARS-CoV-2 està glicosilada densament mitjançant N-glicans heterogenis que sobresurten de la superfície trimèrica. Aquests oligosacàrids exerceixen diferents funcions: participen en el plegament de la proteïna, segurament tenen un paper clau en la defensa del virus davant el reconeixement per anticossos i afecten al "priming" realitzat per les proteases pròpies (com pot ser la furina). La separació proteolítica de les subunitats S1 i S2, procés denominat a l'anglès com a "priming", atorga a les proteïnes Spike dels coronavirus la flexibilitat estructural necessària per a la reacció de fusió de membranes. Per tant, la importància bioquímica que suposen les diverses glicosilacions d'aquesta proteïna és significativa de cara a la funcionalitat final d'aquesta. En el cas del virus que s'està tractant en aquest article, presenta 22 regions per protòmer per a fer N-glicosilacions (GlcNAc) i dues regions O-glicosilacions (vegeu la taula). Si es compara això amb la proteïna S del SARS-CoV, aquest presenta 23 regions en lloc de 22. A més, 20 regions de les 22 presentades en la proteïna S del SARS-CoV-2 es troben conservades en la proteïna S del SARS-CoV. En específic, 9 dels 13 glicans de la subunitat S1 i els 9 glicans de la S2. Algunes d'aquestes regions són, per exemple: N17LT, N74GT o N1194ES. +MODIFICACIONS POST-TRADUCCIONALSMODIFICACIÓRESIDUSMODIFICACIÓRESIDUSMODIFICACIÓRESIDUSMODIFICACIÓRESIDUSENLLAÇ DISULFUR15-136ENLLAÇ DISULFUR291-301N-GLICOSILACIÓ603ENLLAÇ DISULFUR840-851N-GLICOSILACIÓ17O-GLICOSILACIÓ (GalNAc)323N-GLICOSILACIÓ616ENLLAÇ DISULFUR1032-1043N-GLICOSILACIÓ61O-GLICOSILACIÓ 325ENLLAÇ DISULFUR617-649N-GLICOSILACIÓ1074N-GLICOSILACIÓ74N-GLICOSILACIÓ331N-GLICOSILACIÓ657ENLLAÇ DISULFUR1082-1126N-GLICOSILACIÓ122ENLLAÇ DISULFUR336-361ENLLAÇ DISULFUR662-671N-GLICOSILACIÓ1098ENLLAÇ DISULFUR131-166N-GLICOSILACIÓ343N-GLICOSILACIÓ709N-GLICOSILACIÓ1134N-GLICOSILACIÓ149ENLLAÇ DISULFUR379-432N-GLICOSILACIÓ717N-GLICOSILACIÓ1158N-GLICOSILACIÓ165ENLLAÇ DISULFUR391-525ENLLAÇ DISULFUR738-760N-GLICOSILACIÓ1173N-GLICOSILACIÓ234ENLLAÇ DISULFUR480-488ENLLAÇ DISULFUR743-748N-GLICOSILACIÓ1194N-GLICOSILACIÓ282ENLLAÇ DISULFUR538-590N-GLICOSILACIÓ801 Quant a l'estructura secundària de la proteïna, s'han detectat avui dia diferents segments regulars i estables de la cadena polipeptídica que conforma la glicoproteïna Spike del SARS-CoV-2: 57 làmines beta, 26 hèlices alfa i 9 girs.
Subunitat S1 La subunitat S1 comprèn els dominis N-terminal (NTD), Receptor-Binding Domain (RBD) i els subdominis 1 i 2.
La unió del virus al receptor de membrana de la cèl·lula hoste és el principi de la infecció, per tant, reconèixer el receptor es un punt clau en la entrada viral. El Receptor-Binding domain (RBD) de S1 s'uneix al receptor cel·lular ACE2 en la regió aminopeptidasa N, aquest presenta substitucions en residus claus que reforcen aquesta interacció. Si comparem el SARS-CoV-2 RBD amb el SARS-RBD, veiem que la inferfície d'unió del SARS-CoV-2 RBD té més residus que interactuen amb el receptor ACE2 que el SARS-RBD, concretament el primer en té 21 i el segon 17. A més, en el complex SARS-CoV-2 RBD-ACE 2 s'hi troba enterrada una superfície més gran que amb el SARS RBD.
Les mutacions tenen un paper molt important en la millora de la interacció amb l'ACE2. Per exemple, F486 en el SARS-CoV-2 en comptes de I472 en el SARS RBD, forma fortes interaccions aromàtiques amb Y83 d'ACE2; i E484 en SARS-CoV-2-CTD, en lloc de P470 en SARS RBD, forma interaccions iòniques amb l'K31, el que condueix a una major afinitat amb el receptor que el RBD del SARS-CoV.
miniatura|451x451px|Es pot veure esquemàticament l'estructura de la proteïna: podem diferenciar les dues subunitats (S1 i S2) com també les seccions que formen part de cadascuna.
Subunitat S2 La subunitat S2 està composta pels dominis FP, HR1, HR2, TM i CT (cua citoplasmàtica), i és responsable de la fusió viral i de l'entrada.
FP és un segment curt, de 15 a 20 aminoàcids conservats de la família viral, format principalment per residus hidrofòbics com ara la Glicina (G) o la Alanina (A), que s'ancoren a la membrana diana quan la proteïna adopta la conformació prehairpin.
Pel que fa als dominis HR1 i HR2, estan formats d'un heptapèptid repetitiu: HPPHCPC, on H és un residu hidrofòbic o tradicionalment voluminós, P és un residu hidrofílic o polar, i C és un altre residu carregat. Aquests dos dominis formen un feix de sis hèlices (6-HB) que és essencial per la fusió viral i per la funció d'entrada de la subunitat S2.
L'HR1 es troba a l'extrem C d'un FP hidrofòbic, i l'HR2 el trobem a l'extrem N del domini TM.
El domini TM posterior, ancora la proteïna S a la membrana viral i acaba en una cua citoplasmàtica (CT).
Biosíntesi