Change of Antigenic Determinants of SARS-CoV-2 Virus S-Protein as a Possible Cause of Antibody-Dependent Enhancement of Virus Infection and Cytokine Storm

ABSTRACT

A hypothesis is proposed that the cytokine storm syndrome, which complicates the process of severe COVID-19 patients, is a consequence of antibody-dependent enhancement of viral infection, which in turn according to our hypothesis happens due to a variation in dominant antigenic determinants of the SARS-CoV-2 S protein. The antibody-dependent enhancement of viral infection is a phenomenon in which virus-specific antibodies which are not neutralizing enhance viral entry into immune complexes through the binding to receptors resulting in the death of the host cells. Antibody-dependent enhancement has been reported to be exploited by a variety of coronaviruses. In these cases, enhancement of viral infection can be triggered by variation in antigenic determinants of the S protein. This variation, according to our hypothesis, may lead to weaker binding of neutralizing antibodies to the virus, affecting the efficiency of these antibodies in protection against the virus - instead of neutralization viral suppression appears to be suboptimal. Variation in antigenic determinants (linear epitopes and conformational epitopes) may occur due to variation in S protein amino-acid composition. Variation in S protein amino acid composition is a consequence of the genetic diversity of quasi-species. We hypothesize that this variation may cause not only structural changes in the S protein, but also affect the dynamics of changes in its conformations. All these events can be observed in individuals infected with SARS-CoV-2 thereby explaining a severe course of the disease. Предложена гипотеза о том, что цитокиновый шторм, возникающий как осложнение у больных COVID-19, является следствием феномена антителозависимого усиления инфекции, а сам феномен в свою очередь обусловлен изменением доминантных антигенных детерминант в шиповидном S-белке вируса SARS-CoV-2. Антителозависимое усиление инфекции - это явление, при котором связывание вируса с субоптимальными антителами, которые не являются нейтрализующими, индуцирует проникновение вируса в клетки иммунной системы, что приводит к их массовой гибели. Явление антителозависимого усиления инфекции показано для ряда коронавирусов. Усиление инфекции в этих случаях может быть спровоцировано изменением антигенных детерминант S-белка. Такое изменение может приводить, согласно нашей гипотезе, к уменьшению прочности связывания нейтрализующих антител с вирусом, превращая их в субоптимальные - не нейтрализующие. Изменчивость линейных и/или конформационных антигенных детерминант S-белка может реализоваться за счет вариабельности ряда аминокислот в этом белке. Эта вариабельность является следствием генетического разнообразия квазивидов. Подобная изменчивость может вызывать не только структурные изменения в S-белке, но и влиять на динамику смены его конформаций. Все эти явления могут происходить в процессе вирусной инфекции SARS-CoV-2 и объяснять тяжелое течении болезни у некоторых зараженных.