《我国科学家揭示基孔肯雅病毒入侵宿主细胞机制》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2019-05-21
  • 致关节炎甲病毒(arthritogenic alphavirus),比如基孔肯雅病毒(Chikungunya virus, CHIKV),在全世界引起严重的让人虚弱的风湿性疾病,从而导致严重的发病率和经济成本。

    曾经一度局限于东半球的基孔肯雅病毒自从2013年在加勒比地区发现携带这种病毒的蚊子以来,已感染了美洲100多万人。大多数感染者会出现发烧和关节疼痛,这些症状持续一周左右。但在多达一半的患者中,这种病毒可导致严重的持续数月或数年的关节炎。没有治疗方法可阻止短期的基孔肯雅病毒感染进展到慢性关节炎。

    2018年,一个研究团队已鉴定出在关节中的细胞外表面上发现的蛋白Mxra8,是基孔肯雅病毒及其相关病毒入侵小鼠、人类和其他物种中细胞的分子把柄,即细胞表面蛋白Mxra8是基孔肯雅病毒及其相关病毒入侵宿主细胞的进入受体。

    Mxra8的人类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与这两个版本相互作用。病毒需要与这种蛋白结合才能引起疾病;在小鼠中,利用阻断抗体或诱饵受体阻止基孔肯雅病毒试图结合这种蛋白可减少关节炎的迹象。

    在一项新的研究中,中国科学院北京生科院、微生物研究所高福(George F. Gao)课题组和中国科学院天津工业生物技术研究所、遗传与发育生物学研究所Feng Gao课题组解析出小鼠MXRA8、人MXRA8与基孔肯雅病毒E蛋白结合在一起时的晶体结构,以及人MXRA8和基孔肯雅病毒样颗粒的低温电镜结构。相关研究结果近期在线发表在Cell期刊上。

    这些研究人员发现蛋白受体MXRA8拥有两个具有独特拓扑结构的Ig样结构域。这种受体结合到基孔肯雅病毒颗粒表面三聚体刺突蛋白的两个E蛋白单体之间的“峡谷(canyon)”中。在基孔肯雅病毒E蛋白和MXRA8之间的结合界面的原子细节揭示出MXRA8的这两个Ig样结构域和连接这两个结构域的铰链区参与与来自基孔肯雅病毒的E1-E2蛋白氨基酸残基之间的相互作用。此外,MXRA8的茎部区(stalk region)对基孔肯雅病毒入侵宿主细胞至关重要。

    这些发现为开发针对这些致关节炎甲病毒的治疗对策提供了重要信息。它们有助于筛选实验药物,评估实验性疫苗产生的抗体是否有可能预防感染,并分析病毒中的突变是否会影响它们的毒力。

  • 原文来源:https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30394-0
相关报告
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    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2018-05-23
    • 基孔肯雅病毒(chikungunya virus)对美国和世界其他地区的威胁越来越大,这是因为携带这种病毒的蚊子会扩大它的传播范围。基孔肯雅病毒感染的典型症状是持续大约一周的发热和关节疼痛。但是在多达一半的患者中,这种病毒能够导致一种持续数月甚至数年的衰弱性关节炎。 目前还没有针对基孔肯雅病毒和相关病毒---它们被称为致关节炎甲病毒(arthritogenic alphavirus)---的特定疗法或疫苗。医生仅是建议患者休息、大量饮水和服用非处方止痛药,如对乙酰氨基酚或布洛芬。 在地球变暖和现代交通工具的帮助下,携带着基孔肯雅病毒和相关病毒的蚊子正在蔓延。 曾经一度局限在亚洲和非洲,基孔肯雅病毒已在2013年开始并持续至今的疫情爆发中感染了加勒比海和南美洲的100万多人。迄今为止,科学家们对基孔肯雅病毒和相关病毒如何引起关节炎知之甚少。 在一项新的研究中,来自美国华盛顿大学圣路易斯医学院的研究人员鉴定出基孔肯雅病毒侵入宿主细胞内部需要结合的受体分子。这一发现有可能导致人们开发出阻止或治疗基孔肯雅病毒和相关病毒引起的疾病的方法。相关研究结果于2018年5月16日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Mxra8 is a receptor for multiple arthritogenic alphaviruses”。 图片来自CDC/CYNTHIA GOLDSMITH。 这种受体位于形成软骨、肌肉和骨骼的细胞表面上。关节中充满着这些细胞,这有助于揭示患者的痛苦症状。此外,通过构建诱饵受体,这些研究人员证实他们能够降低基孔肯雅病毒感染和关节炎迹象。 这些研究人员发现这种受体被称为Mxra8蛋白,它是基孔肯雅病毒侵入人细胞和小鼠细胞所必需的。另外的实验表明不仅基孔肯雅病毒,而且与它的亲缘关系较近的引起关节炎的病毒---马亚罗病毒(Mayaro virus)、罗斯河病毒(Ross River virus),奥尼永尼永病毒(O'nyongnyong virus)和巴马森林病毒(Barmah Forest virus)---都需要这种蛋白侵入宿主细胞。 鉴于基孔肯雅病毒使用Mxra8蛋白作为侵入细胞的手段,这些研究人员测试了阻止这种病毒结合这种蛋白该柄是否可以减少感染。他们用一种诱饵受体处理基孔肯雅病毒,推理这种病毒会结合这种诱饵受体并会被封锁在细胞外。只有少数幸运地结合到Mxra8蛋白上的基孔肯雅病毒才能感染细胞,因此整体感染率和关节炎迹象会下降。 而这正是他们发现的。在感染后的第二天,相比于接受安慰剂的小鼠,在那些接受Mxra8蛋白Mxra8蛋白或阻断抗体治疗的小鼠中,它们的脚踝和小腿肌肉中的基孔肯雅病毒水平降低了10~100倍,并且接下来的两天内,仍然保持更低的水平。此外,在治疗三天后,接受这种蛋白治疗的小鼠比那些接受安慰剂的小鼠经历更小的脚踝肿胀。 这些研究结果提示着一种阻断这种病毒结合位于细胞表面上的Mxra8的化合物可能阻止或减轻关节炎。
  • 《Science:我国科学家揭示植物干细胞免受各种病毒感染机制》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2020-10-19
    • 植物之所以能够无限地生长,是因为它们含有由植物干细胞组成的分生组织(meristem),这些植物干细胞具有独特的能力,能够将自己转化为构成植物的各种特定细胞,并在适当的时候分裂,并根据需要产生任何类型的新细胞。分生组织存在于所有植物的顶端,使得它们能够长出新的茎或新的根。在树木中,分生组织也存在于树干中,能增加树干的周长。 自20世纪50年代以来,人们就知道,位于植物顶端的分生组织,即茎尖分生组织(shoot apical meristem, SAM),具有非凡的能力:即使植物的其他部分被病毒彻底感染,它们也能在产生特定的子细胞时保持无病毒状态。这种情况不仅仅是对一种或甚至几种病毒,而是对各种各样的病毒都是如此。 此后,科学家和农民们利用植物的这个最重要部分的抗病毒能力,从受感染的供者植物中培育出新的植物,但不会把病毒传给所培育出的植物。他们只需剪下植物顶端的一小部分,在试管或培养皿中培养一段时间,然后重复几次,这种剪下来的植物部分通常生长出无病原体的植物。 在一项新的研究中,来自中国科学技术大学、广州大学、四川大学和德国海德堡大学的研究人员对这种不可思议的能力提出了新的见解。相关研究结果发表在2020年10月9日的Science期刊上,论文标题为“WUSCHEL triggers innate antiviral immunity in plant stem cells”。论文通讯作者为中国科学技术大学的Zhaoxia Tian和Zhong Zhao。 这些研究人员将黄瓜花叶病毒(cucumber mosaic virus, CMV)接种到阿拉伯芥(thale cress)植物上,并观察发生了什么。 当黄瓜花叶病毒向SAM扩散时,他们注意到这种病毒在到达一个表达WUSCHEL的区域(下称WUSCHEL表达区域)之前就停止了。通过仔细观察调节蛋白WUSCHEL在这个区域的分布,他们发现这种病毒在接种后试图站稳脚跟的地方出现了更多的WUSCHEL。作为一种极其重要的蛋白,WUSCHEL在植物胚胎发育的早期阶段,在决定干细胞命运的过程中起着关键的调节作用,同时也负责监督SAM,使得它们维持在未分化的状态,并确定它们会产生什么样的子细胞。 他们随后将黄瓜花叶病毒直接接种到阿拉伯芥的干细胞中及其正下方,发现这种病毒只在后一个区域传播。Zhao说,“一种称为地塞米松(dexamethasone)的化学物可以诱导我们测试的植物产生WUSCHEL蛋白。因此,接下来,我们给阿拉伯芥接种更多的黄瓜花叶病毒,然后对其中的一些植物进行地塞米松处理,还有一些植物未接受这种处理。”在未接受地塞米松处理的阿拉伯芥植物中,大约89%的植物感染了这种病毒,但在接受地塞米松处理的阿拉伯芥植物中,90%的植物并未受到这种病毒入侵。 WUSCHEL是如何战胜这种病毒的呢?这些研究人员发现,WUSCHEL蛋白的作用是抑制黄瓜花叶病毒蛋白的产生。 病毒不能自己制造蛋白,而是劫持有机体的蛋白装配线来产生它们自己的病毒拷贝。对调节SAM有很大作用的WUSCHEL蛋白实质上已经冻结了所有的蛋白产生---无论是植物自己的蛋白产生还是被这种病毒劫持时的蛋白产生--从而阻止了这种病毒的复制。 Zhao说,与阿拉伯芥中直接产生WUSCHEL蛋白的基因相似的基因在植物王国中非常普遍,因此这些研究人员对“这种策略是否可以应用于育种以在未来获得广谱抗病毒作物品种”很感兴趣。