Cell：揭示基孔肯雅病毒與Mxra8受體結合在一起時的三維結構，有望開發新的疫苗和藥物

來源：作者：人氣：-發表時間：2019-05-21 09:18:00【大中小】

曾經一度局限于東半球的基孔肯雅病毒（Chikungunya virus）自從2013年在加勒比地區發現攜帶這種病毒的蚊子以來，已感染了美洲100多萬人。大多數感染者會出現發燒和關節疼痛，這些癥狀持續一周左右。但在多達一半的患者中，這種病毒可導致嚴重的持續數月或數年的關節炎。沒有治療方法可阻止短期的基孔肯雅病毒感染進展到慢性關節炎。

構建出基孔肯雅病毒（用藍色和綠色表示）與小鼠蛋白Mxra8（用洋紅色表示）結合在一起時的詳細三維結構圖，這種病毒利用這種蛋白入侵宿主細胞內部，并導致疾病。

如今，在一項新的研究中，來自美國華盛頓大學和PaxVax公司的研究人員發現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節中的細胞表面上發現的一種蛋白（即下文中的Mxra8）結合在一起時的高分辨率結構圖片。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。這些結構在原子水平上詳細地展示了基孔肯雅病毒和這種細胞表面蛋白如何結合在一起---這些數據有望加速設計藥物和疫苗，以便預防或治療這種病毒或相關病毒引起的關節炎。相關研究結果近期在線發表在Cell期刊上，論文標題為“Cryo-EM Structure of Chikungunya Virus in Complex with the Mxra8 Receptor”。

論文共同通訊作者、華盛頓大學圣路易斯醫學院的Michael S. Diamond教授說道，“基孔肯雅關節炎（chikungunya arthritis）突然發作，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防措施。”

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

基孔肯雅病毒及其相關病毒---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致關節疼痛的甲病毒科。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）鑒定出在關節中的細胞外表面上發現的蛋白Mxra8，是基孔肯雅病毒及其相關病毒入侵小鼠、人類和其他物種中細胞的分子把柄。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合這種蛋白可減少關節炎的跡象。

為了設計干擾這種結合的有效藥物和疫苗，這些研究人員需要詳細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胞表面蛋白結合在一起的基孔肯雅病毒。他們在華盛頓大學細胞成像中心使用了一種稱為低溫電鏡（cryo-EM）的技術。

這些結構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，這是因為它們的內部沒有遺傳物質---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胞表面蛋白相互作用，這些研究人員首先將與這種蛋白結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，并使用計算機程序重建電子密度模式，從而重建出與這種細胞表面蛋白結合在一起的這些病毒顆粒的三維結構。

Basore說，“我們的低溫電鏡結構圖允許我們觀察與Mxra8結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確確定精確的原子位置。因此，除了我們自己的Mxra8晶體結構之外，我們還使用了這種病毒組分的現有高分辨率X射線晶體結構來構建這種病毒與Mxra8結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射線晶體學或低溫電鏡實現的。”

這些高分辨率結構將有助于基于是否有能力阻斷對關節中細胞表面上的這種蛋白的附著來篩選實驗藥物，評估實驗性疫苗產生的抗體是否有可能預防感染，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