vestnik-bio-msuВестник Московского университета. Серия 16. БиологияVestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya0137-0952Lomonosov Moscow State University, School of Biology10.55959/MSU0137-0952-16-78-3S-5vestnik-bio-msu-1269Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT COMMUNICATIONSСтабилизация полноразмерного S-белка коронавируса SARS-Cov-2 в полимере SMA для исследования в электронном микроскопеStabilization of full-length S-protein of SARS-Cov-2 coronavirus in SMA polymer for electron microscopy studyМамаеваН. Ю.MamaevaN. Yu.

Мамаева Наида Юсуповна – студентка кафедры биоинженерии биологического факультета

г. Москва, 119234, Ленинские горы, д. 1, стр. 73

Тел.: 8-495-939-57-38

Faculty of Biology

1–73 Leninskie Gory, 119234, Moscow

mamaeva19n@gmail.comДеркачеваН. И.DerkachevaN. I.

Деркачева Надежда Игоревна – канд. биол. наук, проф. кафедры биологической химии

г. Москва, 127006, ул. Долгоруковская, д. 4

Тел.: 8-495-959-14-75

Department of Biochemistry

4 Dolgorukovskaya st., 127006, Moscow

nadya-derk@yandex.ruГасановаД. А.GasanovaD. A.

Гасанова Дария Алановна – техник кафедры химической энзимологии химического факультета

г. Москва, 119234, Ленинские горы, д. 1, стр. 11

Тел.: 8-495-939-25-53

3Department of Chemical Enzymology, Faculty of Chemistry

1–11 Leninskie Gory, 119234, Moscow

sova-sipuha@hotmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4678-232XСоколоваО. С.SokolovaO. S.

Соколова Ольга Сергеевна – докт. биол. наук, проф. кафедры биоинженерии биологического факультета

г. Москва, 119234, Ленинские горы, д. 1, стр. 73

Тел.: 8-495-939-57-38

Faculty of Biology

1–73 Leninskie Gory, 119234, Moscow

sokolova@mail.bio.msu.ruГлуховГ. С.GlukhovG. S.

Глухов Григорий Сергеевич – канд. биол. наук, доц. биологического факультета Университета

Провинция Гуандун, г. Шэньчжэнь, 518172, район Лунган, Даюньсиньчэн, ул. Гоцзидасюеюань, д. 1

Тел.: 8-495-939-57-38

Faculty of Biology

Dayun New Town, Longgang District, Shenzhen, 518172, Guangdong Province

Московский государственный университетРоссияMoscow State UniversityRussian FederationМосковский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. ЕвдокимоваРоссияA.I. Evdokimov Moscow State Medical and Dental UniversityRussian FederationМосковский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationУниверситет МГУ-ППИ в ШэньчжэнеКитайShenzhen MSU-BIT University, 1 International University Park RoadChina202330112023783S2732Copyright © Мамаева Н.Ю., Деркачева Н.И., Гасанова Д.А., Соколова О.С., Глухов Г.С., 20232023Мамаева Н.Ю., Деркачева Н.И., Гасанова Д.А., Соколова О.С., Глухов Г.С.Mamaeva N.Y., Derkacheva N.I., Gasanova D.A., Sokolova O.S., Glukhov G.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik-bio-msu.elpub.ru/jour/article/view/1269

Разработан бездетергентный протокол очистки префузионного S-белка коронавируса с использованием сополимера стирола и малеиновой кислоты (styrene maleic anhydride, SMA). Экспрессия S-белка осуществлялась в клетках HEK293T. Для очистки и подготовки к микроскопированию S-белка использовали два способа солюбилизации: в детергенте NP-40 и в составе SMA. Полученные препараты были исследованы в электронном микроскопе, частицы очищенных S-белков были классифицированы. Анализ двумерных проекций частиц показал, что применение липодисков для солюбилизации приводит к меньшей подвижности очищенного белка на подложке, по сравнению с белком в детергенте, что в дальнейшем может способствовать получению более высоких разрешений при изучении структуры мембранных белков.

A detergent-free protocol for purification of the coronavirus prefusion S-protein using styrenemaleic acid copolymer (SMA) was developed. Expression of the S-protein was carried out in HEK293T cells. Two solubilization methods were used to purify and prepare the S-protein for microscopy: in NP-40 detergent and as part of SMA. The resulting preparations were examined in an electron microscope, and the particles of purified S-proteins were classified. Analysis of two-dimensional projections of the particles showed that the use of lipodiscs for solubilization leads to lower mobility of the purified protein on the substrate, compared to the protein in the detergent, which may further contribute to obtaining higher resolutions when studying the structure of membrane proteins.

электронная микроскопияструктурная биологияанализ единичных частицSARS-CoV-2солюбилизациядетергентSMAelectron microscopystructural biologysingle particle analysisSARS-CoV-2solubilizationdetergentSMAАвторы благодарят А.В. Моисеенко за помощь в проведении электронномикроскопических исследований. Исследование выполнено при финансовой поддержке Программы развития МГУ (проект № 23А-Ш04-01) с использованием УНУ «Трехмерная электронная микроскопия и спектроскопия» МГУ имени М.В. Ломоносова. Работа проведена без использования животных и без привлечения людей в качестве испытуемых.The research was supported by MSU Development Program, project number 23A-Sh04-01.ReferencesKudriavtsev A.V., Vakhrusheva A.V., Novoseletsky V.N., Bozdaganyan M.E., Shaitan K.V., Kirpichnikov M.P., Sokolova O.S. Immune escape associated with RBD Omicron mutations and SARS-CoV-2 evolution dynamics. Viruses. 2022;14(8):1603.Kudriavtsev A.V., Vakhrusheva A.V., Novoseletsky V.N., Bozdaganyan M.E., Shaitan K.V., Kirpichnikov M.P., Sokolova O.S. Immune escape associated with RBD Omicron mutations and SARS-CoV-2 evolution dynamics. Viruses. 2022;14(8):1603.Bozdaganyan M.E., Shaitan K.V., Kirpichnikov M.P., Sokolova O.S., Orekhov P.S. Computational analysis of mutations in the receptor-binding domain of SARS-CoV-2 spike and their effects on antibody binding. Viruses. 2022;14(2):295.Bozdaganyan M.E., Shaitan K.V., Kirpichnikov M.P., Sokolova O.S., Orekhov P.S. Computational analysis of mutations in the receptor-binding domain of SARS-CoV-2 spike and their effects on antibody binding. Viruses. 2022;14(2):295.Li F. Structure, function, and evolution of coronavirus spike proteins. Annu. Rev. Virol. 2016;3:237–261.Li F. Structure, function, and evolution of coronavirus spike proteins. Annu. Rev. Virol. 2016;3:237–261.Shang J., Ye G., Shi K., Wan Y., Luo C., Aihara H., Geng Q., Auerbach A., Li F. Structural basis of receptor recognition by SARS-CoV-2. Nature. 2020;581(7807):221–224.Shang J., Ye G., Shi K., Wan Y., Luo C., Aihara H., Geng Q., Auerbach A., Li F. Structural basis of receptor recognition by SARS-CoV-2. Nature. 2020;581(7807):221–224.Palsdottir H., Hunte C. Lipids in membrane protein structures. Biochim. Biophys. Acta Biomembr. 2004;1666(1-2):2–18.Palsdottir H., Hunte C. Lipids in membrane protein structures. Biochim. Biophys. Acta Biomembr. 2004;1666(1-2):2–18.Dörr J.M., Scheidelaar S., Koorengevel M.C., Dominguez J.J., Schäfer M., van Walree C.A., Killian J.A. The styrene–maleic acid copolymer: a versatile tool in membrane research. Eur. Biophys. J. 2016;45(1):3–21.Dörr J.M., Scheidelaar S., Koorengevel M.C., Dominguez J.J., Schäfer M., van Walree C.A., Killian J.A. The styrene–maleic acid copolymer: a versatile tool in membrane research. Eur. Biophys. J. 2016;45(1):3–21.Turoňová B., Sikora M., Schürmann C., et al. In situ structural analysis of SARS-CoV-2 spike reveals flexibility mediated by three hinges. Science. 2020;370(6513):203–208.Turoňová B., Sikora M., Schürmann C., et al. In situ structural analysis of SARS-CoV-2 spike reveals flexibility mediated by three hinges. Science. 2020;370(6513):203–208.Garavito R.M., Ferguson-Miller S. Detergents as tools in membrane biochemistry. J. Biol. Chem. 2001;276(35):32403–32406.Garavito R.M., Ferguson-Miller S. Detergents as tools in membrane biochemistry. J. Biol. Chem. 2001;276(35):32403–32406.Lichtenberg D., Ahyayauch H., Goñi F.M. The mechanism of detergent solubilization of lipid bilayers. Biophys. J. 2013;105(2):289–299.Lichtenberg D., Ahyayauch H., Goñi F.M. The mechanism of detergent solubilization of lipid bilayers. Biophys. J. 2013;105(2):289–299.Popot J.L., Althoff T., Bagnard D., Banères J.L., Bazzacco P., Billon-Denis E., Catoire L.J., Champeil P., Charvolin D., Cocco M.J., Cremel G. Amphipols from A to Z. Annu. Rev. Biophys. 2011;40:379–408.Popot J.L., Althoff T., Bagnard D., Banères J.L., Bazzacco P., Billon-Denis E., Catoire L.J., Champeil P., Charvolin D., Cocco M.J., Cremel G. Amphipols from A to Z. Annu. Rev. Biophys. 2011;40:379–408.Rigaud J.L., Lévy D. Reconstitution of membrane proteins into liposomes. Methods in Enzymology. Liposomes, Part B, vol. 372. Ed. N. Duzgunes. Academic Press; 2003: 65–86.Rigaud J.L., Lévy D. Reconstitution of membrane proteins into liposomes. Methods in Enzymology. Liposomes, Part B, vol. 372. Ed. N. Duzgunes. Academic Press; 2003: 65–86.Ritchie T.K., Grinkova Y.V., Bayburt T.H., Denisov I.G., Zolnerciks J.K., Atkins W.M., Sligar S.G. Reconstitution of membrane proteins in phospholipid bilayer nanodiscs. Methods in Enzymology. Liposomes, Part F, vol. 464. Ed. N. Düzgünes. Academic Press; 2009:211–231.Ritchie T.K., Grinkova Y.V., Bayburt T.H., Denisov I.G., Zolnerciks J.K., Atkins W.M., Sligar S.G. Reconstitution of membrane proteins in phospholipid bilayer nanodiscs. Methods in Enzymology. Liposomes, Part F, vol. 464. Ed. N. Düzgünes. Academic Press; 2009:211–231.Knowles T.J., Finka R., Smith C., Lin Y.P., Dafforn T., Overduin M. Membrane proteins solubilized intact in lipid containing nanoparticles bounded by styrene maleic acid copolymer. J. Am. Chem. Soc. 2009;131(22):7484–7485.Knowles T.J., Finka R., Smith C., Lin Y.P., Dafforn T., Overduin M. Membrane proteins solubilized intact in lipid containing nanoparticles bounded by styrene maleic acid copolymer. J. Am. Chem. Soc. 2009;131(22):7484–7485.Karlova M.G., Voskoboynikova N., Gluhov G.S., Abramochkin D., Malak O.A., Mulkidzhanyan A., Loussouarn G., Steinhoff H.J., Shaitan K.V., Sokolova O.S. Detergent-free solubilization of human Kv channels expressed in mammalian cells. Chem. Phys. Lipids. 2019;219:50–57.Karlova M.G., Voskoboynikova N., Gluhov G.S., Abramochkin D., Malak O.A., Mulkidzhanyan A., Loussouarn G., Steinhoff H.J., Shaitan K.V., Sokolova O.S. Detergent-free solubilization of human Kv channels expressed in mammalian cells. Chem. Phys. Lipids. 2019;219:50–57.Punjani A., Rubinstein J.L., Fleet D.J., Brubaker M.A. cryoSPARC: algorithms for rapid unsupervised cryo-EM structure determination. Nat. Methods. 2017;14(3):290–296.Punjani A., Rubinstein J.L., Fleet D.J., Brubaker M.A. cryoSPARC: algorithms for rapid unsupervised cryo-EM structure determination. Nat. Methods. 2017;14(3):290–296.Zhong F., Zhong Z.Y., Liang S., Li X.J. High expression level of soluble SARS spike protein mediated by adenovirus in HEK293 cells. World J. Gastroenterol. 2006;12(9):1452.Zhong F., Zhong Z.Y., Liang S., Li X.J. High expression level of soluble SARS spike protein mediated by adenovirus in HEK293 cells. World J. Gastroenterol. 2006;12(9):1452.Cai Y., Zhang J., Xiao T., Peng H., Sterling S.M., Walsh Jr R.M., Rawson S., Rits-Volloch S., Chen B. Distinct conformational states of SARS-CoV-2 spike protein. Science. 2020;369(6511):1586–1592.Cai Y., Zhang J., Xiao T., Peng H., Sterling S.M., Walsh Jr R.M., Rawson S., Rits-Volloch S., Chen B. Distinct conformational states of SARS-CoV-2 spike protein. Science. 2020;369(6511):1586–1592.Wrapp D., Wang N., Corbett K.S., Goldsmith J.A., Hsieh C.L., Abiona O., Graham B.S., McLellan J.S. CryoEM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation. Science. 2020;367(6483):1260–1263.Wrapp D., Wang N., Corbett K.S., Goldsmith J.A., Hsieh C.L., Abiona O., Graham B.S., McLellan J.S. CryoEM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation. Science. 2020;367(6483):1260–1263.Choi Y.K., Cao Y., Frank M., Woo H., Park S.J., Yeom M.S., Croll T.I., Seok C., Im W. Structure, dynamics, receptor binding, and antibody binding of the fully glycosylated full-length SARS-CoV-2 spike protein in a viral membrane. J. Chem. Theory Comput. 2021;17(4):2479–2487.Choi Y.K., Cao Y., Frank M., Woo H., Park S.J., Yeom M.S., Croll T.I., Seok C., Im W. Structure, dynamics, receptor binding, and antibody binding of the fully glycosylated full-length SARS-CoV-2 spike protein in a viral membrane. J. Chem. Theory Comput. 2021;17(4):2479–2487.Pramanick I., Sengupta N., Mishra S., Pandey S., Girish N., Das A., Dutta S. Conformational flexibility and structural variability of SARS-CoV2 S protein. Structure. 2021;29(8):834–845.Pramanick I., Sengupta N., Mishra S., Pandey S., Girish N., Das A., Dutta S. Conformational flexibility and structural variability of SARS-CoV2 S protein. Structure. 2021;29(8):834–845.Yao H., Song Y., Chen Y., Wu N., Xu J., Sun C., Zhang J., Weng T., Zhang Z., Wu Z., Cheng L. Molecular architecture of the SARS-CoV-2 virus. Cell. 2020;183(3):730–738.Yao H., Song Y., Chen Y., Wu N., Xu J., Sun C., Zhang J., Weng T., Zhang Z., Wu Z., Cheng L. Molecular architecture of the SARS-CoV-2 virus. Cell. 2020;183(3):730–738.Song Y., Yao H., Wu N., Xu J., Zhang Z., Peng C., Li S., Kong W., Chen Y., Zhu M., Wang J. In situ architecture and membrane fusion of SARS-CoV-2 Delta variant. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2023;120(18):e2213332120.Song Y., Yao H., Wu N., Xu J., Zhang Z., Peng C., Li S., Kong W., Chen Y., Zhu M., Wang J. In situ architecture and membrane fusion of SARS-CoV-2 Delta variant. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2023;120(18):e2213332120.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.