HIV-1包膜蛋白gp120在进化中的选择及V1区功能研究

发布时间：2018-01-14 21:06

  本文关键词：HIV-1包膜蛋白gp120在进化中的选择及V1区功能研究　出处：《中国科学院研究生院(武汉病毒研究所)》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：有超过40种的非洲灵长类宿主体内感染了物种特异的SIV,多次的SIV跨物种传播事件形成了HIV,其中黑猩猩中的SIVcpz和白颈白眉猴中的SIVsmm分别传播形成了HIV-1和HIV-2。和HIV感染人类不同,SIV在其天然宿主中并不表现出典型的致病性,这被认为是SIV和其相应的自然宿主之间长时间的适应性进化的结果。事实上,已有证据表明SIV可能有长达数万年,甚至百年万年的进化历史。而与其相对应的HIV在人类中的发现仅仅存在不到一个世纪的时间,并且具有明显的致病性和快速进化的特点。尽管已经有一些关于SIV和HIV的起源,进化关系,多样性等方面的研究,但是对于它们的进化阶段和地位,进化模式并没有报道。而考虑到它们在进化历史,致病性和流行性方面的不同,推测它们可能有不同的进化模式及阶段。在此研究中我们从LANL HIV数据库中下载得到有明显的传播历史证据的SIV和HIV-1的膜蛋白全长序列,并构建系统进化树,并从正选择压力的角度分析了SIV和HIV env基因在不同阶段的进化特点。我们的实验数据表明SIV在进化早期阶段受到较大的选择压力,而现阶段则较小;相反的是HIV在现阶段比进化早期有更大的选择压力。这可能与SIV和宿主之间较长时间的适应性进化有关,现阶段病毒更加适应宿主的选择;而HIV则相对年轻,还处于不断变异进化的早期,其宿主适应性较差。这也暗示我们HIV的可能进化模式(方向),经过长期的在人类中的进化后,HIV可能也会进化到像SIV一样的状态。HIV在传播过程中有明显的传播瓶颈效应,即少数的具有特定遗传特点的病毒可以传播到新的宿主并建立有效的感染,而供者体内大量的其它遗传特点的病毒并没有被传播。大量的研究试图揭示这些被特定的选择传播的病毒具有什么样的遗传特点,主要集中在包膜糖蛋白,其中关注的一个主要的特点即gp120可变区的氨基酸长度的变化和糖基化位点数目的变化。而且根据我们以上的分析结果,膜蛋白基因在SIV和HIV进化历史中有不同的进化模式和阶段,因此我们筛选并构建具有传播历史证据的SIV和HIV Env序列,对SIV和HIV传播历史过程中膜蛋白序列进行相应的氨基酸变化特点进行了分析。我们发现gp120蛋白的可变区,尤其是V1区在SIV/HIV-1和SIV/HIV-2两个独立进化历史过程中均有特殊的变化特规律,即较短的可变区,尤其是V1区被特异的选择。而在群体水平,HIV可能通过可变区的增长来逃避免疫识别,我们用多个HIV-1的亚型或重组型,通过15-20年进化时间中可变区的变化证实了这一现象。发现尤其是V1区氨基酸在群体进化过程中有稍许的增长(0.5-3个氨基酸),这与前人的报道一致,证明了V1区不断地增长,这可能是逃避中和抗体识别的结果。基于HIV gp120蛋白V1区可能在传播和进化中起到的重要的作用,我们利用不同的HIV-1亚型,构建了一系列的V1区缺失和糖基化的突变体,来研究它在膜蛋白功能中的起到的作用。结果表明,尽管V1区的序列高度的可变,没有明显的规律可循,但是V1区对于膜蛋白的正常功能,如膜融合和病毒感染是必不可少的;进一步的实验表明V1区可能是通过影响了膜蛋白的表达,成熟切割以及包装效率来发挥功能。而相对于V1区的缺失,糖基化则可能有不同的作用。这些实验证明了V1区在HIV传播感染中的重要作用。总结本研究,我们首先对SIV和HIV传播进化过程中膜蛋白在不同阶段的选择压力进行分析,探讨了SIV和HIV的进化关系和进化地位,提示了它们的进化方向和规律。然后针对目前HIV研究中广泛关注的传播瓶颈可能选择的一些序列特征(如膜蛋白的可变区),对SIV和HIV传播进化历史过程中膜蛋白序列进行相应的氨基酸变化特点分析,发现了可变区V1可能作为传播选择的靶位点在长远的进化历史中的证据,这对充实理解现有HIV传播过程中膜蛋白的选择特点提供了独特的证据和思路。最后通过对HIV不同亚型的膜蛋白的V1区进行功能研究,确定其在影响膜蛋白的功能和病毒感染中的重要作用。
[Abstract]:鏈夎秴杩，

本文编号：1425280