埃可病毒11型利用双受体CD55和FcRn侵染细胞的分子结构基础

发布时间：2020-11-03 08:00

　　 埃可病毒11型属于小RNA病毒科,肠道病毒属,是B族肠道病毒中的一个重要血清型.埃可病毒11型可导致儿童和青少年脑炎和脑膜炎等疾病,在婴儿和新生儿中导致重症感染甚至致命的病例也时有报道.此外,埃可病毒11型还多次在新生儿和婴幼儿群体中引起暴发性感染,如2019年中国广东省发生的院内感染暴发事件,造成了19例新生儿的感染和5例死亡,严重威胁人类健康和公共卫生安全. CD55是20世纪90年代初发现的部分埃可病毒的吸附受体,该受体可以帮助病毒吸附在细胞表面,但并不能介导病毒完成完整的入侵过程.我们在2019年的研究中,发现了人新生儿Fc受体(neonatal Fc receptor, FcRn)是B族肠道病毒的通用脱衣壳受体,并以埃可病毒6型为例解析了病毒入侵机制.本研究利用冷冻电子显微镜技术,解析了埃可病毒11型在入侵过程中不同pH条件下各阶段的病毒颗粒结构,以及病毒与两受体的复合物,共10个原子或近原子水平高分辨率冷冻电子显微镜结构,并结合表面等离子共振(surface plasmon resonance, SPR)和脂质体模拟试验等分子水平试验,系统地阐述了埃可病毒11型利用CD55和FcRn"双受体系统"入侵细胞的分子机制.埃可病毒11型利用其VP2、VP3结构域与吸附受体CD55的3、4两个短同源重复(short consensus repeat, SCR)结构域结合,结合后病毒颗粒不发生变构.病毒与脱衣壳受体Fc Rn结合之后,开始发生变构,并可在脂质体膜的辅助作用下释放遗传物质完成脱衣壳.与埃可病毒6型不同的是,埃可病毒11型结合FcRn之后在中性条件下即可起始变构.本项研究解析了重要病原埃可病毒11型侵染细胞的分子结构基础,并进一步完善了非囊膜病毒的"双受体"入侵模型.
【部分图文】：

FcRn和CD55可以与埃可病毒11型的病毒颗粒直接结合.表面等离子共振(SPR)方法检测可溶性FcRn胞外段蛋白与埃可病毒11型的病毒颗粒在pH 7.4(a)和pH 5.5(b)条件下的相互作用,结合KD值如图所示.表面等离子共振(SPR)方法检测可溶性CD55胞外段蛋白与埃可病毒11型的病毒颗粒在p H 7.4(c)和pH 5.5(d)条件下的相互作用,结合KD值如图所示

A-颗粒在pH 7.4样品中结构分辨率为2.53?,pH5.5样品中为2.63?.这两者之间在结构上无明显区别与完整病毒颗粒相比,A-颗粒的表面会更加松散,这使得病毒颗粒的直径比成熟颗粒略有增加.A-颗粒中,VP4蛋白缺失,并且VP1蛋白N端的1～59个氨基酸也看不到明显的电子密度,但病毒颗粒内部还可以看到密度,证明病毒颗粒内部的遗传物质尚未释放.同埃可病毒11型-FcRn复合物相同,A-颗粒中“峡谷区”底部的位置也丢失了“口袋因子”,但在该部位的变构程度要大于埃可病毒11型-FcRn复合物.空壳病毒同样在两种pH的样品中均存在且无明显区别.我们详细解析了pH 7.4和pH 5.5样品中空壳病毒结构,分辨率为3.18和3.4?.同样的,空壳病毒中也缺失了VP4蛋白和VP1蛋白N端部分氨基酸.但在空壳病毒中,病毒颗粒内部的核酸和蛋白已经被释放,只剩残余的衣壳部分.同样地,空壳病毒中也丢失了“口袋因子”.从埃可病毒11型完整病毒颗粒,病毒-FcRn复合物,A-颗粒,到空壳病毒.经过这一系列结构的解析,我们通过原子/近原子水平的高分辨率冷冻电子显微镜结构,解析了病毒整个脱衣壳过程中具代表性的中间态结构,详细分析了病毒脱衣壳过程中完整的形态变化过程:埃可病毒11型完整病毒颗粒与脱衣壳受体FcRn的结合,使得病毒VP1蛋白“峡谷区”底部的脂质分子“口袋因子”释放.“口袋因子”的释放打破了病毒的稳态,使得病毒VP4蛋白和VP1蛋白的N端释放,形成A-颗粒.在此过程中,也由于VP1的变构,A-颗粒病毒不再与FcRn受体结合.A-颗粒本身是脱衣壳的中间态,并不是稳定的结构.A颗粒中病毒的遗传物质释放,变为空壳病毒.

空壳病毒同样在两种pH的样品中均存在且无明显区别.我们详细解析了pH 7.4和pH 5.5样品中空壳病毒结构,分辨率为3.18和3.4?.同样的,空壳病毒中也缺失了VP4蛋白和VP1蛋白N端部分氨基酸.但在空壳病毒中,病毒颗粒内部的核酸和蛋白已经被释放,只剩残余的衣壳部分.同样地,空壳病毒中也丢失了“口袋因子”.从埃可病毒11型完整病毒颗粒,病毒-FcRn复合物,A-颗粒,到空壳病毒.经过这一系列结构的解析,我们通过原子/近原子水平的高分辨率冷冻电子显微镜结构,解析了病毒整个脱衣壳过程中具代表性的中间态结构,详细分析了病毒脱衣壳过程中完整的形态变化过程:埃可病毒11型完整病毒颗粒与脱衣壳受体FcRn的结合,使得病毒VP1蛋白“峡谷区”底部的脂质分子“口袋因子”释放.“口袋因子”的释放打破了病毒的稳态,使得病毒VP4蛋白和VP1蛋白的N端释放,形成A-颗粒.在此过程中,也由于VP1的变构,A-颗粒病毒不再与FcRn受体结合.A-颗粒本身是脱衣壳的中间态,并不是稳定的结构.A颗粒中病毒的遗传物质释放,变为空壳病毒.2.4 埃可病毒11型与CD55和FcRn结合位点近原子水平结构解析
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