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發布時間:2021-02-04         浏覽次數:19

近日,我院夏甯邵教授團隊在《細胞》子刊《細胞?宿主與微生物》(Cell Host & Microbe)上在線發表題爲“Cryo-EM Structures Reveal the Molecular Basis of Receptor-Initiated Coxsackievirus Uncoating”的研究論文。該研究闡明了柯薩奇B組病毒(Coxsackievirus BCVB)與其高度依賴的功能性受體柯薩奇病毒-腺病毒受體(Coxsackievirus and Adenovirus ReceptorCAR)相互作用及變構過程的精細特征,從分子水平上揭示了CAR介導CVB病毒高效脫衣殼的作用機制與關鍵位點,並指引發現了可模擬受體作用特征誘導CVB成熟病毒顆粒失穩及崩解的獨特的高效治療性抗體。這是夏甯邵教授團隊近年來在《自然?通訊》(Nature Communications2017)、《科學?進展》(Science Advances2018)、《自然?微生物學》(Nature Microbiology2019)和《細胞?宿主與微生物》(Cell Host & Microbe2020)上發表腸道病毒重要病原體CVA6CVA10EVD68CVA16研究論文後的又一項重要研究成果,可爲CVB疫苗及抗病毒藥物研究提供關鍵基礎,豐富了對病毒與受體相互作用機制的認識,爲開發靶向病毒受體結合域的高效廣譜抗病毒藥物提供重要參考和理論基礎。

柯薩奇B組病毒(CVB)是可導致多種嚴重疾病的腸道病毒病原體,可通過糞口等途徑傳播,傳染性強,可感染嬰幼兒、青少年及成年人,在全球存在廣泛流行。CVB6種血清型(CVB16),均可引發重要疾病,包括發熱、手足口病、腹瀉、腦炎、腦膜炎、心肌炎、胰腺炎、急性弛緩性麻痹等,甚至死亡。研究發現,CVB感染與近年來發病率不斷上升的病毒性胰腺炎、病毒性心肌炎存在密切聯系,是導致I型糖尿病和青少年心源性致死的主因之一,具有嚴重的危害性。開展CVB防治的重要性和公共衛生意義已被高度重視,但目前尚無CVB特效治療藥物和預防疫苗,相關藥物是當前抗腸道病毒研究的重要方向。然而,目前對于CVB的基礎病毒學特別是潛在的高效抗病毒靶標及效應分子作用機制仍缺乏清晰認識,嚴重制約了相關研究的有效開展。

CARCVB感染作用高度依賴的功能性細胞受體,也被稱爲脫衣殼受體(Uncoating receptor)。CAR結合可誘導CVB成熟病毒顆粒的不可逆變構進而促進核酸釋放,在CVB感染中具有關鍵作用。CVB-CAR結合域是發現廣譜抗病毒靶標的理想目標。然而,目前對CVBCAR相互作用的精确特征與详细作用机制仍缺乏清晰认识,也尚未发现并精确鉴定CVBCAR結合域潛在的高效抗病毒表位的精確信息及靶向性中和抗體,是研制新型疫苗或抗病毒藥物亟需解決的核心科學問題。

該研究通過構建並解析CVB病毒颗粒及與CAR受體複合物的高分辨率結構,獲得在中性pH條件下的一系列代表病毒感染不同階段的近原子分辨率結構,包括CVB1成熟顆粒(Mature virion)、低溫和生理溫度下CAR結合的CVB1前體脫衣殼中間態(Pre-A-particle)、脫衣殼中間態(A-particle)和空心顆粒(Empty particle),捕捉到CVB成熟病毒顆粒脫衣殼過程的多種不同中間態及CAR受體相互作用域的一系列的精細構象變化特征。研究顯示,CAR結合在病毒表面由衣殼蛋白VP1形成的五倍軸周圍的“峽谷”(canyon)區域,相比于其它已知的腸道病毒脫衣殼受體,CAR結合更爲深入峽谷凹槽部分,在生理中性pH條件下即可誘導峽谷內部VP1疏水“口袋”(pocket)的塌陷,使得疏水口袋內部維持腸道病毒顆粒穩定性的脂質分子(又稱“口袋因子”,pocket factor)釋放,從而啓動成熟病毒顆粒的脫衣殼進程,推動病毒進一步變構成脫衣殼中間態及空心顆粒,完成病毒完整的脫衣殼及基因組釋放過程。該研究闡釋了CAR結合驅動CVB感染的分子作用機制,揭示了CVBCAR之间精确的相互作用方式、结构域特征與关键氨基酸位点,发现受体结合域上可作为潜在高效抗病毒靶标的结构域與关键位点。基于上述发现的指引,该研究筛选到可模拟受体作用特征诱导CVB成熟病毒顆粒失穩及崩解的獨特的高效中和抗體5F5。研究發現,5F5可通過空間位阻效應阻斷或競爭CARCVB的相互作用,不仅能够模拟受体與病毒颗粒的相互作用,还可以通过诱导受体CAR結合域的關鍵靶點VP2 EF-loop的構象變化從而破壞病毒衣殼的穩定性,並最終導致成熟病毒顆粒裂解而發揮高效的中和作用。

该研究丰富了肠道病毒感染及與受体相互作用机制的基础理论,发现受体结合域的关键抗病毒靶标的精确信息和效应抗体分子,对开展新型疫苗免疫原和抗病毒药物的理性设计和应用开发具有重要价值和意义。

我院博士後徐龍發、鄭清炳高級工程師、博士生朱瑞、博士生尹志超、俞海副教授爲該論文共同第一作者。我院夏甯邵教授、程通教授、李少偉教授和美國加州大學洛杉矶分校納米系統研究所Z. Hong Zhou(周正洪)教授爲該論文的共同通訊作者。該研究獲得了國家自然科學基金、新藥創制國家科技重大專項、傳染病防治國家科技重大專項、國家博士後科學基金資助項目和美國國立衛生研究院基金的支持。

 

論文鏈接:https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(21)00001-9

 (國家中心)