Cell：揭示基孔肯雅病毒與Mxra8受體結(jié)合在一起時的三維結(jié)構(gòu)，有望開發(fā)新的疫苗和藥物

來源：作者：人氣：-發(fā)表時間：2019-05-21 09:18:00【大中小】

曾經(jīng)一度局限于東半球的基孔肯雅病毒（Chikungunya virus）自從2013年在加勒比地區(qū)發(fā)現(xiàn)攜帶這種病毒的蚊子以來，已感染了美洲100多萬人。大多數(shù)感染者會出現(xiàn)發(fā)燒和關(guān)節(jié)疼痛，這些癥狀持續(xù)一周左右。但在多達(dá)一半的患者中，這種病毒可導(dǎo)致嚴(yán)重的持續(xù)數(shù)月或數(shù)年的關(guān)節(jié)炎。沒有治療方法可阻止短期的基孔肯雅病毒感染進(jìn)展到慢性關(guān)節(jié)炎。

構(gòu)建出基孔肯雅病毒（用藍(lán)色和綠色表示）與小鼠蛋白Mxra8（用洋紅色表示）結(jié)合在一起時的詳細(xì)三維結(jié)構(gòu)圖，這種病毒利用這種蛋白入侵宿主細(xì)胞內(nèi)部，并導(dǎo)致疾病。

如今，在一項新的研究中，來自美國華盛頓大學(xué)和PaxVax公司的研究人員發(fā)現(xiàn)了可能有助于阻止這種令人衰弱的疾病的信息。他們拍攝到這種病毒與在關(guān)節(jié)中的細(xì)胞表面上發(fā)現(xiàn)的一種蛋白（即下文中的Mxra8）結(jié)合在一起時的高分辨率結(jié)構(gòu)圖片。這項研究中使用的這種蛋白來自小鼠，但是人類也擁有相同的蛋白，而且這種病毒以幾乎相同的方式與小鼠和人類中的這種蛋白相互作用。這些結(jié)構(gòu)在原子水平上詳細(xì)地展示了基孔肯雅病毒和這種細(xì)胞表面蛋白如何結(jié)合在一起---這些數(shù)據(jù)有望加速設(shè)計藥物和疫苗，以便預(yù)防或治療這種病毒或相關(guān)病毒引起的關(guān)節(jié)炎。相關(guān)研究結(jié)果近期在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Cryo-EM Structure of Chikungunya Virus in Complex with the Mxra8 Receptor”。

論文共同通訊作者、華盛頓大學(xué)圣路易斯醫(yī)學(xué)院的Michael S. Diamond教授說道，“基孔肯雅關(guān)節(jié)炎（chikungunya arthritis）突然發(fā)作，可能非常痛苦---人們幾乎不能四處走動---我們沒有任何具體的治療或預(yù)防措施。”

論文共同通訊作者、華盛頓大學(xué)圣路易斯醫(yī)學(xué)院的Daved Fremont教授說道，“鑒于我們具有這些新結(jié)構(gòu)，我們能夠觀察到如何破壞這種病毒和它用來入侵關(guān)節(jié)和其他肌肉骨骼組織中細(xì)胞的這種蛋白之間的相互作用。”

基孔肯雅病毒及其相關(guān)病毒---馬雅羅病毒（Mayaro virus）、羅斯河病毒（Ross River virus）和奧尼翁尼翁病毒（O'nyong-nyong virus）---屬于由蚊子傳播并導(dǎo)致關(guān)節(jié)疼痛的甲病毒科。近年來，這類病毒已感染了全球越來越多的地區(qū)的人和動物。2018年，Diamond、Fremont及其同事（包括博士后研究員Rong Zhang）鑒定出在關(guān)節(jié)中的細(xì)胞外表面上發(fā)現(xiàn)的蛋白Mxra8，是基孔肯雅病毒及其相關(guān)病毒入侵小鼠、人類和其他物種中細(xì)胞的分子把柄。Mxra8的人類版本和小鼠版本存在79％的同源性，而且基孔肯雅病毒以相同的方式與這兩個版本相互作用。病毒需要與這種蛋白結(jié)合才能引起疾病；在小鼠中，利用阻斷抗體或誘餌受體阻止基孔肯雅病毒試圖結(jié)合這種蛋白可減少關(guān)節(jié)炎的跡象。

為了設(shè)計干擾這種結(jié)合的有效藥物和疫苗，這些研究人員需要詳細(xì)了解這種病毒和蛋白Mxra8之間的分子相互作用。Fremont與研究生Katherine Basore（這篇論文的第一作者）和Arthur Kim合作，來可視化觀察與這種細(xì)胞表面蛋白結(jié)合在一起的基孔肯雅病毒。他們在華盛頓大學(xué)細(xì)胞成像中心使用了一種稱為低溫電鏡（cryo-EM）的技術(shù)。

這些結(jié)構(gòu)圖片是通過使用基孔肯雅病毒樣顆粒---它們具有病毒的形狀但不能引起感染，這是因為它們的內(nèi)部沒有遺傳物質(zhì)---和具有完全傳染性的基孔肯雅病毒獲得的。在臨床試驗中，這些病毒樣顆粒正在作為基孔肯雅病毒的潛在疫苗加以評估。

為了可視化觀察這種病毒如何與這種細(xì)胞表面蛋白相互作用，這些研究人員首先將與這種蛋白結(jié)合在一起的病毒顆粒快速冷凍。快速冷凍對于防止這些病毒顆粒在實驗過程中遭受破壞是必要的。他們隨后將一束電子射入這些病毒顆粒樣本，繪制出電子落在探測器上的位置，并使用計算機(jī)程序重建電子密度模式，從而重建出與這種細(xì)胞表面蛋白結(jié)合在一起的這些病毒顆粒的三維結(jié)構(gòu)。

Basore說，“我們的低溫電鏡結(jié)構(gòu)圖允許我們觀察與Mxra8結(jié)合在一起的完整病毒顆粒，但仍不能在足夠高的分辨率下準(zhǔn)確確定精確的原子位置。因此，除了我們自己的Mxra8晶體結(jié)構(gòu)之外，我們還使用了這種病毒組分的現(xiàn)有高分辨率X射線晶體結(jié)構(gòu)來構(gòu)建這種病毒與Mxra8結(jié)合在一起時的原子模型。這讓我們能夠觀察這它們之間存在的所有相互作用，這是我們無法僅通過X射線晶體學(xué)或低溫電鏡實現(xiàn)的。”

這些高分辨率結(jié)構(gòu)將有助于基于是否有能力阻斷對關(guān)節(jié)中細(xì)胞表面上的這種蛋白的附著來篩選實驗藥物，評估實驗性疫苗產(chǎn)生的抗體是否有可能預(yù)防感染，并分析病毒中的突變是否會影響它們的毒力。

參考資料：
Katherine Basore et al.Cryo-EM Structure of Chikungunya Virus in Complex with the Mxra8 Receptor, Cell (2019). DOI: 10.1016/j.cell.2019.04.006.

doi.org/10.1016/j.cell.2019.04.006