HKU5与HHV-8病毒表面蛋白的结构与功能研究

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冠状病毒(CoV)在系统分类上属于冠状病毒科(Coronaviridae)冠状病毒属(Coronavirus),冠状病毒科分为4个属:即Alpha、Beta、Gamma和Delta冠状病毒属。同时,BetaCoV又可进一步分为A、B、C和D这4个不同的亚群。,目前已知的感染人的冠状病毒均来自于Alpha和BetaCoV,通常造成亚临床或轻微症状。但是,冠状病毒也会威胁生命。由重症急性呼吸综合征冠状病毒(SARS-CoV,属于BetaCoV的B亚群)引起的“非典”,2002年始发于中国南方,后传播至其它30个国家,造成超过8000例感染病例,包括约800例死亡病例。另外,中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV,属于BetaCoV的C亚群)引起的MERS疫情,2012年在中东地区暴发,至今已有实验室确诊1952例病例,包括693例死亡病例。在全世界的共同努力控制之下,SARS-CoV已经销声匿迹,但是与SARS-CoV不同,MERS-CoV的感染病例仍在增加。冠状病毒广泛分布于各个物种,进化研究表明蝙蝠冠状病毒(BatCoV)是Alpha和BetaCoV的基因来源。众多证据表明,SARS-CoV经历“蝙蝠-果子狸-人”的间接传播路径,或是经过“蝙蝠-人”的直接传播路径感染人。同时,越来越多的证据表明MERS-CoV同样起源于蝙蝠,经过“蝙蝠-单峰驼-人”的传播路径。蝙蝠是众多冠状病毒的自然宿主,因此,持续关注并监测BatCoV对公共卫生安全具有重要意义。  蝙蝠冠状病毒HKU5(BatCoV HKU5)于2006年首次发现于Japanese pipistrelle(Pipistrellus abramus)蝙蝠。在冠状病毒系统发生树中,BatCoV HKU5与MERS-CoV、BatCoV HKU4亲缘关系最近,三者同属C亚群BetaCoV。本实验室研究冠状病毒的受体结合及跨种传播机制,在MERS-CoV暴发初期即定位了MERS-CoV上负责识别受体CD26的受体结合区域(receptor binding domain,RBD),且解析了MERS-RBD与CD26的复合物结构,为特异性药物的研发提供理论基础。同时,我们还证明BatCoV HKU4也可以利用CD26感染细胞,并且HKU4-RBD不但具有与MERS-RBD相似的结构,前者还利用与后者相似的模式结合同一个受体,从结构和功能上提供直接的证据证明MERS-CoV起源于蝙蝠。这些结果也说明,同属于BetaCoV C亚群的3个成员,一个(MERS-CoV)利用hCD26感染人,并造成局地疫情,一个(BatCoV HKU4)可以利用hCD26感染人,需要对其持续监控。目前的研究结果表明,第三个成员(BatCoV HKU5)却不结合hCD26。因此,探究BatCoV HKU5不结合hCD26的原因,对于阐明冠状病毒跨种传播机制具有重大指导意义。  在本研究论文中,我们解析了HKU5-CTD的结构。与已解析的BetaCoV其它的6个CTD结构相比,HKU5-CTD同样包含核心亚结构域和外部亚结构域:核心亚结构域的结构保守,由5个反向平行的β片层构成;外部亚结构域具有MERS-RBD和HKU4-RBD相似的拓扑结构。但是,HKU5-CTD的外部亚结构域存在两个缺失,致其与hCD26相互作用界面发生变化,进而使HKU5-CTD不能与hCD26受体结合。我们的研究结果进一步证明核心亚结构域的保守性及核心/外部亚结构域相互作用模式的保守性。另外,HKU5-CTD的结构也表明C亚群BetaCoV的外部亚结构域具有类似的结构原件和拓扑形式,表明BetaCoV的进化关系。  HHV-8(human herpesvirus8),又名卡波氏肉瘤相关疱疹病毒(Kaposis sarcoma-associated herpesvirus,KSHV),属于疱疹病毒科(Herpesviridae)疱疹病毒属(Rhadinovirus),是环状双链DNA(dsDNA)病毒。现已证实HHV-8是卡波氏肉瘤(Kaposis sarcoma,KS)的致病因子。HHV-8的表面糖蛋白gHgL是疱疹病毒-细胞膜融合过程中的效应因子,同时也是疱疹病毒中和抗体的靶标。gHgL在病毒感染过程中发挥重要作用。Eph(erythropoietin producing hepatoma cell line)家族是酪氨酸蛋白激酶受体(receptor tyrosine kinase,RTK)。EphA2是该家族中被发现具有酪氨酸蛋白激酶活性的第一个成员。有研究表明EphA2是HHV-8表面糖蛋白gHgL进入宿主的细胞受体。因此,gHgL蛋白的结构及其与EphA2复合物蛋白结构的解析,对阐明HHV-8致病机制及相关抗病毒药物的研发具有重大意义。本研究论文成功构建,并分别通过哺乳动物细胞系统和杆状病毒系统表达纯化出高纯度的gHgL和EphA2蛋白。通过BIAcore实验结果证明gHgL和EphA2结合,进一步筛选了gHgL蛋白晶体和gHgL/EphA2复合物蛋白晶体。但是,目前复合物晶体生长不理想。下一步的研究计划是,改变晶体筛选的条件,以筛选出能够用于结构解析的蛋白晶体。
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