MXRA8)分子是CHIKV等多种致关节炎甲病毒的受体,B型烟粉虱入侵到我国

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科学家破解基孔肯雅病毒入侵机制

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在国家重点研发计划“畜禽重大疫病防控与高效安全养殖综合技术研发”专项支持下,中国科学院微生物所高福院士团队与中国科学院北京生科院及天津工业生物技术研究所合作,首次从分子水平阐释了基孔肯雅病毒(Chikungunya
virus,CHIKV)囊膜表面E蛋白(CHIKV
E)与其细胞受体MXRA8分子的相互作用机制,揭示了此类病毒入侵细胞的分子机制。

武汉病毒所揭示乙型脑炎病毒入侵机制
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金沙手机 2             通过莱卡摄像系统拍摄到的B型烟粉虱本报北京2月5日讯(通讯员周炜)1月31日,美国科学促进会全球科学新闻网在“重点新闻”栏目公布:中国科学家发现生物入侵新机制——被称为“超级害虫”的
B型烟粉虱与其传播的植物双生病毒存在互利共生关系。相关论文发表在公共科学图书馆系列期刊之一PLoS
ONE(www.plosone.org)上,该论文已引起国外媒体的广泛关注。纽约的《科学现场》(LiveScience)在报道中称:这是国际科学界首次发现一种入侵昆虫与其所传播的病毒之间存在这种互利共生关系。浙江大学昆虫科学研究所教授刘树生是该课题组负责人。
令全球科学家头疼的害虫
B型烟粉虱是科学界唯一被冠以“超级害虫”的昆虫,其“老家”在地中海沿岸和非洲北部。1991年,《科学》杂志记者伊丽莎白发表文章,报道B型烟粉虱入侵美国的重大灾害:常见蔬菜,多种花卉和烟草、棉花等经济作物无一幸免。它们大量取食植物汁液、传播危害性极其严重的植物双生病毒、引起植物生理异常而使作物严重减产和绝收,让美国蒙受了巨大的经济损失。该虫入侵后,不仅本身种群迅速增长,还可抑制对庄稼危害不大的土著烟粉虱的种群增长,而且抗药性发展很快,很难防治。文章把这种昆虫称为“超级害虫”,从此以后,这成为国际科学界公认的称呼。
最新的科学研究表明,这种害虫是通过依附在一品红的叶子上传播到世界各地的,由于个头最大的才1毫米,肉眼很难发现。一片棉花叶上可有上万只B型烟粉虱。
10年前,B型烟粉虱入侵到我国,近年在我国南方多种作物上暴发成灾,并导致烟草、番茄、南瓜和番木瓜等作物上双生病毒病流行。我国多点系统监测表明,B型烟粉虱及其所传病毒病已在云南、广西、广东、海南、福建、上海、浙江和辽宁等省市发现,并呈流行之势。
刘树生所在的课题组通过田间考察发现,B型烟粉虱在交通比较发达的地区传播速度更快,在浙江温州、宁波等地,入侵型B型烟粉虱已全面取代土著烟粉虱。温州苍南、瓯海等地的5000亩番茄遭到感染,严重的地方已造成番茄绝收。
这种害虫引起世界许多科学家的探索行动,希望能深入了解害虫入侵过程和机制,并为入侵害虫的治理提供新思路。
揭示害虫入侵的“超级”本能
“这虫子给农民造成的损失简直是‘灭顶之灾’!”刘树生决心解开其中的秘密。自2002年开始,浙江大学昆虫科学研究所、浙江大学生物技术研究所和中国农业科学院植物保护研究所展开合作研究。此项研究受到国家重点基础研究发展规划“973”计划外来生物入侵项目、浙江省重大农业科技攻关项目的资助。
课题组从田间取来样本,放进种着烟草、番茄、茄子的实验室饲养观察,并通过分子检测,首先确定了入侵和土著烟粉虱都可有效地获得、携带和传播双生病毒,从而导致植株发病;然后发现,与在未感病植株上取食相比,入侵烟粉虱在感病的植株上取食后,其生殖力提高11~17倍,成虫寿命延长5~6倍;经8周后,种群数量提高2~13倍。这些增加的个体同样都可携带病毒。然而,土著烟粉虱虽可同样将双生病毒传入植株,但在感病植株上取食后,其生殖力却未提高,寿命也未延长。研究还发现,昆虫体内携带双生病毒对其生殖和寿命影响不大,B型烟粉虱是通过在感病植物上取食而获得对其生殖和存活的促进作用的,二者是一种间接的互惠共生关系。
刘树生还作了一个实验:在土著烟粉虱和入侵型B型烟粉虱分别占90%和10%的棉花上,经过223天后,入侵型B型烟粉虱的比例飙升到100%。
这是科学家首次发现一种入侵昆虫与其所传播的病毒之间存在这种互惠共生关系,而土著烟粉虱却不能从传播病毒中获利。这种关系既有利于B型烟粉虱的繁殖入侵,又加速了病毒病的流行。入侵生物与土著生物之间这种不对等的互惠共生关系明显有助于烟粉虱的入侵及其对土著烟粉虱的取代,并促进其所传病毒病的流行。
治理“超级害虫”的新思路
刘树生的研究进展为防治这种世界性的虫灾提供了新的思路。作物抗性培育必须应对烟粉虱与双生病毒间的互惠机制。在作物早期,用物理方法避免植物遭受烟粉虱危害尤为重要。刘树生认为,这种互惠共生的关系可能在自然界广泛存在,急需在深入了解烟粉虱入侵机理的同时,尽快发展和实施以生物防治、物理防治、生态调控为核心内容的综合治理技术体系,抑制入侵烟粉虱和双生病毒的暴发势头,并将入侵烟粉虱持续控制在较低水平,以保障和促进我国种植业的持续发展。(2007-02-06)

MXRA8)分子是CHIKV等多种致关节炎甲病毒的受体,B型烟粉虱入侵到我国。5月9日,中国科学院高福团队在《细胞》杂志上发表了题为Molecular Basis of
Arthritogenic Alphavirus Receptor MXRA8 Binding to Chikungunya Virus
Envelope Protein
的文章,首次从分子水平阐释了基孔肯雅病毒囊膜表面E蛋白与其细胞受体MXRA8分子的相互作用机制,揭示了此类病毒入侵细胞的分子机制,为抗病毒药物开发及新型疫苗设计提供了新靶点。基孔肯雅热(Chikungunya
fever, CHIKF)是一种由基孔肯雅病毒(Chikungunya
virus,CHIKV)引起,经蚊虫叮咬传播的急性发热性传染病。该病毒病过去主要分布在非洲、南亚、东南亚热带和亚热带地区。近年来,随着全球变暖和现代交通工具等因素,该病毒疫情呈不断暴发和蔓延的趋势。2005年以来疫情在东南亚和南亚地区再度暴发,2007年疫情传播至欧洲,2013年疫情开始在加勒比海地区、美国以及南美洲等地暴发流行,造成了数百万人感染。人感染该病毒后可致急性或慢性的外周关节痛或关节炎,严重时致人死亡,目前尚无特异性的治疗方法和疫苗,使得该病毒引起人们的广泛关注,也是重要的全球性公共卫生问题之一。与该病毒亲缘关系较近,同样能引起关节炎的甲病毒还包括马亚罗病毒(Mayaro
virus)、罗斯河病毒(Ross River virus)、阿尼昂尼昂病毒(O nyong- nyong
virus)等。病毒侵入细胞的第一步依赖于病毒囊膜蛋白与宿主受体的相互作用。过去的研究认为,CHIKV等多种致关节炎甲病毒囊膜表面含有80个三聚体形式的刺突E蛋白,每个三聚体由三个E1/E2二聚体组成,其中E1蛋白参与膜融合,E2蛋白参与受体的结合。近来研究报道表明,基质重塑相关蛋白8(Matrix
remodeling-associated protein
8,MXRA8)分子是CHIKV等多种致关节炎甲病毒的受体。MXRA8是一种在上皮细胞、髓细胞及间充质干细胞表达的黏附分子,广泛分布于形成软骨、肌肉和骨骼的细胞表面。但是,MXRA8分子如何介导病毒入侵却是未解之谜。高福团队深入研究了MXRA8分子介导CHIKV的入侵机制。首先,他们利用结构生物学的技术和方法解析了小鼠MXRA8的晶体结构,表明MXRA8分子胞外段由两个免疫球蛋白样结构域构成,但其两个Ig样结构域呈现独特的拓扑结构。结构域1由两个不连续的片段构成,而结构域2插在了D1的两个片段之间,这导致D1和D2之间有两个柔性铰链(Hinge
loop)连接,这与以往所有报道的含有两个Ig样结构域的蛋白都不同。因此,他们首次提出MXRA8是一种新型的Ig样受体分子,并具有独特的拓扑结构及结构域间组装形式。为进一步阐明CHIKV
E与受体MXRA8相互作用机制,研究团队解析了人MXRA8与CHIKV
E复合物的晶体结构,他们发现MXRA8与CHIKV
E采用一种独特的3:3的结合模式,MXRA8结合到病毒表面三聚体刺突蛋白两个E蛋白单体间的“峡谷”中,形成非常紧密的结合模式。其中E1和E2均参与结合,MXRA8的两个结构域及铰链区均与E1和E2蛋白发生相互作用。随后他们利用冷冻电镜技术解析了人MXRA8与CHIKV病毒样颗粒的复合物结构,证明了MXRA8在病毒表面的结合模式跟晶体结构所观察到的结合模式一致,并通过点突变及表面等离子共振方法对结合关键氨基酸进行了验证。该研究首次“看清”了基孔肯雅病毒和受体相互作用的分子模式,为一种新型的病毒-受体结合模式,同时纠正了过去对基孔肯雅病毒和受体相互作用的一些错误认识。MXRA8因其独特的拓扑结构排布而与其他I型跨膜蛋白不同,其N端D1结构域不是远膜端结构域,而实为近膜端结构域。在复合物结构中,MXRA8的D1结构域深深地插入到CHIKV三聚体刺突E蛋白的“峡谷”中,这就需要近膜端的颈部区有足够的长度和柔性。通过一系列MXRA8茎部区截短体和病毒及细胞水平功能实验发现,MXRA8中长达48个氨基酸的茎部区为病毒入侵所必需,其足够长且具有柔性,被病毒利用作为受体入侵细胞。此项研究首次揭示了致关节炎甲病毒CHIKV与MXRA8受体相互作用机制,证实了MXRA8是一种具有独特的拓扑结构及结构域间组装形式的新型Ig样受体分子,并发现了此类致关节炎甲病毒和受体相互作用是一种新型的病毒-受体结合模式。这些研究结果为新型疫苗及广谱中和抗体的研发提供了理论指导,为抗病毒药物设计提供了新靶点。中科院北京生命科学研究院助理研究员宋豪及微生物所硕士生赵振楠、助理研究员柴彦为论文的并列第一作者,中科院院士高福和中科院天津工业生物技术研究所副研究员高峰为论文共同通讯作者。微生物所研究员齐建勋、施一、严景华及巴西FIOCRUZ基金会卫生技术发展中心主任Carlos
Morel给予了大力支持。该研究得到科技部重点研发计划、中科院战略性先导科技专项项目、国家科技重大专项、国家自然科学基金以及中科院青促会、中国科协“青年人才托举工程”等的经费支持。文章链接:
)

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。

基孔肯雅热是一种由基孔肯雅病毒引起,经蚊虫叮咬传播的急性发热性传染病,人感染该病毒后可致急性或慢性的外周关节痛或关节炎,严重时致人死亡,目前尚无特异性的治疗方法和疫苗,使得该病毒引起人们的广泛关注,也是重要的全球性公共卫生问题之一。病毒侵入细胞的第一步依赖于病毒囊膜蛋白与宿主受体的相互作用。近来研究报道表明,基质重塑相关蛋白8(Matrix
remodeling-associated protein
8,MXRA8)分子是基孔肯雅病毒等多种致关节炎甲病毒的受体,广泛分布于形成软骨、肌肉和骨骼的细胞表面,是一种在上皮细胞、髓细胞及间充质干细胞表达的黏附分子。但是,MXRA8分子如何介导病毒入侵却是未解之谜。

金沙手机,中国科学院武汉病毒研究所研究员肖庚富领导的科研团队在乙型脑炎病毒(Japaneseencephalitisvirus,JEV)囊膜蛋白介导病毒入侵宿主细胞分子机制研究方面取得新进展,相关研究结果Structure-basedmutationalanalysisofseveralsitesintheEprotein:ImplicationsforunderstandingtheentrymechanismofJapaneseencephalitisvirus近日在病毒学期刊Journalofvirology上在线发表。

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高福院士领导的团队通过解析小鼠MXRA8、人MXRA8与CHIKV
E的晶体结构以及人MXRA8与基孔肯雅病毒样颗粒的复合物冷冻电镜结构,系统研究了MXRA8分子介导基孔肯雅病毒的入侵机制,证实了MXRA8是一种具有独特的拓扑结构及结构域间组装形式的新型Ig样受体分子,并发现了此类致关节炎甲病毒和受体相互作用是一种新型的病毒-受体结合模式,是该领域的标志性成果。这些研究结果为该类病毒跨种感染与传播机制深入研究提供了科学思路与基础,为新型疫苗与广谱中和抗体的研发及抗病毒药物设计提供了理论指导与新靶点。

乙脑病毒是和黄热病毒、登革热病毒、西尼罗病毒同一属的虫媒黄病毒,可感染蚊子、鸟、猪,人为其终末宿主,并引起病毒性脑炎。乙脑病毒已经从日本等亚洲地区传播到澳大利亚约克角半岛,给世界公共卫生安全带来日趋严重的威胁。乙脑病毒表面的囊膜蛋白E介导病毒入侵宿主细胞,包括病毒与细胞受体结合、受体介导内吞、低pH诱导病毒膜与胞内体膜的融合过程。

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