Aufbau eines Coronavirus

SARS-CoV-2 Antigene

Das behüllte RNA-Virus SARS-CoV-2 besteht aus insgesamt 4 Strukturproteinen und 16 Nicht-Strukturproteinen. Die 4 Strukturporteine sind Spike (S), Envelope (E), Nucleocapsid (N) und Membrane (M).

Das Nucleocapsidprotein ist an das RNA-Genom assoziiert, die S-, E- und M-Proteine bilden zusammen die Virushülle. Das S-Protein ist ein Glykoprotein bestehend aus zwei Domänen, der S1 Domäne, welche die Rezeptor Bindedomäne (RBD) enthält, sowie der S2 Domäne inklusive Transmembran- und Endodomäne. Auf der Virusoberfläche bildet das S-Protein trimere Strukturen, wobei die RBD dafür verantwortlich ist, dass sich das Virus an den ACE2-Rezeptor der Wirtszelle anheften und mit ihr verschmelzen kann [1].

Nucleocapsidprotein und S-Protein sind wichtige immunogene Proteine der Virusfamilie Coronaviridae und eignen sich sehr gut für den serologischen Nachweis von Anti-SARS-CoV-2 Antikörpern. Rekombinante Versionen beider Proteine werden bereits vielfältig in unterschiedlichen Testsystemen angewandt [2, 3, 4, 5]

Neutralisierende Antikörper sind vorwiegend gegen das S-Protein gerichtet, das mutmaßlich für sehr spezifische Testeinstellungen geeignet ist, da es innerhalb der Familie der Coronaviren weniger konserviert ist als andere immunogene Antigene [2, 6]. Jüngste Arbeiten zeigten allerdings, dass bei milden Infektionen Antikörper gegen das Nucleocapsidprotein früher nachweisbar sind als Antikörper, die gegen das S-Protein gerichtet sind [3, 7]. Vor allem als Akutmarker kann es sinnvoll sein das Nucleocapsidprotein für den Nachweis von Anti-IgA oder IgM Antikörper einzusetzen, um eine sensitive und frühe Erfassung zu ermöglichen [7]. Im weiteren Verlauf der Immunantwort sinkt das Nucleocapsidprotein-Antikörperlevel, wohingegen Antikörper gegen das S-Protein länger nachweisbar sind.

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Membrane Protein

Bestandteil der Virushülle, das über seine Wechselwirkungen mit anderen viralen Proteinen eine zentrale Rolle bei der Morphogenese und dem Zusammenbau des Virus spielt.

RNA

Virale Erbsubstanz, die einzelsträngig und nicht-segmentiert im Viruspartikel vorliegt.

Nukleocapsidprotein

Multifunktionales Protein, das an die virale RNA assoziiert ist und das virale Genom in ein helikales Ribonucleocapsid (RNP) verpackt. Es spielt weiterhin eine grundlegende Rolle bei der Assemblierung des Virus.

Envelope Protein

Kleines Membranprotein, das an mehreren Aspekten des Lebenszyklus des Virus beteiligt ist, wie z.B. Assemblierung, Knospung, Hüllbildung und Pathogenese.

Spike Protein

Enthält die Rezeptor Bindedomäne, mit der sich das Virus an den ACE2 Rezeptor der Wirtszelle anheften kann und so in diese gelangt.

Abbildung 1: 
Schematische Darstellung eines Coronavirus mit dem RNA-Genom im Kern, dem RNA-assoziierten Nukleokapsid-Protein (N) und den strukturellen Oberflächenproteinen Envelope (E), Membrane (M) und Spike (S).

 

 

 

 

Literatur
[1] Walls et al, „Structure, Function, and Antigenicity of the SARSCoV-2 Spike Glycoprotein“ Cell 180, 281–292 April 16, 2020 ª 2020 Elsevier Inc.
[2] Meyer et. al., “Serological Assays for Emerging Coronaviruses: Challenges and Pitfalls”, Virus Research 194 (December 2014)
[3] Nisreen M.A. Okba et al., “SARS-CoV-2 Specific Antibody Responses in COVID-19 Patients“, preprint (Infectious Diseases (except HIV/AIDS), March 20th 2020)
[4] Liu W. et al., “Evaluation of Nucleocapsid and Spike Protein-Based ELISAs for Detecting Antibodies against SARS-CoV-2“, Journal of Clinical Microbiology, 30. März 2020, JCM.00461-20, jcm;JCM.00461-20v1
[5] Lassauniere et al 2020
[6] Suresh et. al Molecular Targets for Diagnostics and Therapeutics of Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS-CoV)“, J Pharm Pharm Sci. Author manuscript; available in PMC 2009 May 7.
[7] Guo L. et al., “Profiling Early Humoral Response to Diagnose Novel Coronavirus Disease (COVID-19)“, Clinical Infectious Diseases, March 21st 2020