蓝舌病毒结构与组装机制研究进展
发布时间：2021-04-10 06:46
蓝舌病毒（Bluetongue virus,BTV）是一种以媒介昆虫为传播媒介侵染野生反刍动物和家畜的世界范围流行的病原微生物。BTV颗粒是由10个基因片段组成的双股RNA病毒,分别编码7个结构蛋白（VP1-VP7）和至少4个非结构蛋白（NS1、NS2、NS3/3a和NS4）组成的连续蛋白质层的复杂结构,BTV已被作为大型无囊膜dsRNA病毒研究的模型系统。近年来,通过反向遗传学（RG）、低温电子显微镜（Cryo-EM）、蛋白晶体结构解析等研究分析方法,为BTV病毒蛋白结构、病毒蛋白之间功能关系、病毒组装/拆卸等方面取得了相当大的研究进展,该文对BTV病毒衣壳蛋白结构、核心蛋白的组装、基因组RNA组装等方面机制进行了综述。
【文章来源】：家畜生态学报. 2020,41(07)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
BTV病毒VP5结构域示意图
利用低温电子显微镜(Cryo-EM)和图像分析表明,BTV外壳有60个类三角蛋白复合体(triskelion-like)的VP2纤突(spikes),围绕120个膜穿透蛋白VP5的球形三聚体(图1A)[3-4]。Zhang Xing等[5]以(3.5 ?)近原子分辨率定义了VP2和VP5蛋白的详细结构(图1B,图2),以揭示每种蛋白在BTV进入细胞过程中的作用。BTV病毒结合宿主细胞表面唾液酸受体的VP2单体分为四个不同的区域,即中心蛋白质(hub),发夹(hairpin),金字塔形体(body)和高度柔性的外部顶点(tip),VP2也是宿主中和抗体结合位点[5]。Hub结构域有一个10股血凝素样β折叠桶,驱动单体相互作用的三聚体以及具有唾液酸受体结合的口袋(pocket)[5]。在hub和body结构域的交界面,发现了典型的锌指基序CCCH的四面体,负责早期内吞体(endosome)中pH触发的VP2蛋白构象的变化[3,5]。Hassan、Forzan等研究表明,膜穿透/融合蛋白VP5三聚体具有高度致密的球状折叠结构,以α螺旋和位于中心的卷曲螺旋结构促进VP5三聚体的形成,类似于人类免疫缺陷病毒(HIV)gp41膜病毒融合蛋白。每个VP5单体都有三个不同的结构域组成,一个位于核心表面下方裂隙中的柔性匕首结构域(a hidden dagger domains)、一个富含螺旋的伸展结构域(unfurling domains)和一个带有膜相互作用元件的锚定结构域(anchoring domains)(图2)[3]。VP5蛋白在病毒粒子中以三聚体形式存在(图2B),其中匕首结构域中两个螺旋结构 (α1 and α2)与相邻的内层衣壳VP7蛋白的三聚体发生相互作用(图2C)[3]。当BTV暴露于早期内吞体(Early endosome,pH 6.0～6.5)低pH环境下,VP5 N端匕首结构域发生构象变化而使其M1-S41基序及WHXL脂质作用、W411-L414基序与内吞体膜发生膜融合作用。随着VP2蛋白的完全拆卸、降解, VP5蛋白的匕首(dagger domain)蛋白和伸展结构域(unfurling domains)可实现显著重折叠[1,5-6]。VP5蛋白锚定结构域中的β-折叠片(β-meander motif)基序含有组氨酸簇,可感知晚期内吞体pH(Late endosome,pH 5.5)以释放四个假定的膜相互作用蛋白而从晚期内吞体内释放,实现具有转录活性的病毒颗粒进入细胞质内[3]。研究表明,VP5可利用一种晚期的内吞体特异性脂质来实现膜的渗透,这一过程类似于某些囊膜病毒,如流感病毒的HA2蛋白,通过晚期内吞体而进入细胞,并利用组氨酸残基作为pH传感器,随后在感应晚期内吞pH后发生显著构象变化[7-9]。图2 BTV病毒VP5结构域示意图
BTV 10个RNA节段(3.95 kb～0.8 kb)可分为大、中、小三大类,每个节段的序列不同,在不同RNA截短可变区都具有互补的短5`和3`端UTRs及两端高度保守的六核苷酸,正是通过这些UTRs,BTV和其他相关病毒开始分类募集各自基因组ssRNA 节段[32-34]。病毒基因组装配开始于VP1聚合酶和VP4加帽酶的相互作用,同时VP6六聚体与10个ssRNA复合物相互作用,它们一起形成聚合酶复合物,并在五重轴上与VP3十聚体相互作用,随着12个十聚体形成的亚核心粒子内层衣壳的形成及160个VP7三聚体依次沉积而形成BTV二十面体核心颗粒,在核心颗粒的表面再沉积120个VP5蛋白三聚体和60个VP2蛋白的三聚体形成完整的病毒粒子(图3)[3]。研究表明,复杂RNA网络节段间相互作用是病毒ssRNA分选、募集、包装正确基因组区段的驱动力,并且从最小ssRNA节段S10开始按特定节段的顺序募集,引发RNA-RNA与其他节段的相互作用以形成起始复合体;随后,招募中等至较大的ssRNA,直到将完整的基因组包装到衣壳中(图3)[3]。在整个组装的过程中,每一节段的组装信号具有高度的特异性,不仅在UTRs中,在基因编码区域中也有高度特异性的序列分布。而且,UTRs,特别是S10 UTRs,负责触发装配所需的正确的二级结构;寡核糖核苷酸、ORNs与BTV RNA的3"UTR互补的寡核糖核苷酸等,如果这些RNA网络被扰乱,可阻止BTV体外衣壳化并能抑制体内病毒的复制[1,3]。4 内外衣壳之间的相互作用
本文编号：3129169
【文章来源】：家畜生态学报. 2020,41(07)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
BTV病毒VP5结构域示意图
利用低温电子显微镜(Cryo-EM)和图像分析表明,BTV外壳有60个类三角蛋白复合体(triskelion-like)的VP2纤突(spikes),围绕120个膜穿透蛋白VP5的球形三聚体(图1A)[3-4]。Zhang Xing等[5]以(3.5 ?)近原子分辨率定义了VP2和VP5蛋白的详细结构(图1B,图2),以揭示每种蛋白在BTV进入细胞过程中的作用。BTV病毒结合宿主细胞表面唾液酸受体的VP2单体分为四个不同的区域,即中心蛋白质(hub),发夹(hairpin),金字塔形体(body)和高度柔性的外部顶点(tip),VP2也是宿主中和抗体结合位点[5]。Hub结构域有一个10股血凝素样β折叠桶,驱动单体相互作用的三聚体以及具有唾液酸受体结合的口袋(pocket)[5]。在hub和body结构域的交界面,发现了典型的锌指基序CCCH的四面体,负责早期内吞体(endosome)中pH触发的VP2蛋白构象的变化[3,5]。Hassan、Forzan等研究表明,膜穿透/融合蛋白VP5三聚体具有高度致密的球状折叠结构,以α螺旋和位于中心的卷曲螺旋结构促进VP5三聚体的形成,类似于人类免疫缺陷病毒(HIV)gp41膜病毒融合蛋白。每个VP5单体都有三个不同的结构域组成,一个位于核心表面下方裂隙中的柔性匕首结构域(a hidden dagger domains)、一个富含螺旋的伸展结构域(unfurling domains)和一个带有膜相互作用元件的锚定结构域(anchoring domains)(图2)[3]。VP5蛋白在病毒粒子中以三聚体形式存在(图2B),其中匕首结构域中两个螺旋结构 (α1 and α2)与相邻的内层衣壳VP7蛋白的三聚体发生相互作用(图2C)[3]。当BTV暴露于早期内吞体(Early endosome,pH 6.0～6.5)低pH环境下,VP5 N端匕首结构域发生构象变化而使其M1-S41基序及WHXL脂质作用、W411-L414基序与内吞体膜发生膜融合作用。随着VP2蛋白的完全拆卸、降解, VP5蛋白的匕首(dagger domain)蛋白和伸展结构域(unfurling domains)可实现显著重折叠[1,5-6]。VP5蛋白锚定结构域中的β-折叠片(β-meander motif)基序含有组氨酸簇,可感知晚期内吞体pH(Late endosome,pH 5.5)以释放四个假定的膜相互作用蛋白而从晚期内吞体内释放,实现具有转录活性的病毒颗粒进入细胞质内[3]。研究表明,VP5可利用一种晚期的内吞体特异性脂质来实现膜的渗透,这一过程类似于某些囊膜病毒,如流感病毒的HA2蛋白,通过晚期内吞体而进入细胞,并利用组氨酸残基作为pH传感器,随后在感应晚期内吞pH后发生显著构象变化[7-9]。图2 BTV病毒VP5结构域示意图
BTV 10个RNA节段(3.95 kb～0.8 kb)可分为大、中、小三大类,每个节段的序列不同,在不同RNA截短可变区都具有互补的短5`和3`端UTRs及两端高度保守的六核苷酸,正是通过这些UTRs,BTV和其他相关病毒开始分类募集各自基因组ssRNA 节段[32-34]。病毒基因组装配开始于VP1聚合酶和VP4加帽酶的相互作用,同时VP6六聚体与10个ssRNA复合物相互作用,它们一起形成聚合酶复合物,并在五重轴上与VP3十聚体相互作用,随着12个十聚体形成的亚核心粒子内层衣壳的形成及160个VP7三聚体依次沉积而形成BTV二十面体核心颗粒,在核心颗粒的表面再沉积120个VP5蛋白三聚体和60个VP2蛋白的三聚体形成完整的病毒粒子(图3)[3]。研究表明,复杂RNA网络节段间相互作用是病毒ssRNA分选、募集、包装正确基因组区段的驱动力,并且从最小ssRNA节段S10开始按特定节段的顺序募集,引发RNA-RNA与其他节段的相互作用以形成起始复合体;随后,招募中等至较大的ssRNA,直到将完整的基因组包装到衣壳中(图3)[3]。在整个组装的过程中,每一节段的组装信号具有高度的特异性,不仅在UTRs中,在基因编码区域中也有高度特异性的序列分布。而且,UTRs,特别是S10 UTRs,负责触发装配所需的正确的二级结构;寡核糖核苷酸、ORNs与BTV RNA的3"UTR互补的寡核糖核苷酸等,如果这些RNA网络被扰乱,可阻止BTV体外衣壳化并能抑制体内病毒的复制[1,3]。4 内外衣壳之间的相互作用
本文编号：3129169
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