手足口病病毒受体蛋白SCARB2的结构与功能研究

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手足口病(hand foot and mouth disease,HFMD)是由肠道病毒引起的全球性传染病,多发生于5岁以下儿童,可引起手、足、口腔等部位的疱疹,少数患儿可引起无菌性脑膜炎等神经并发症,重症导致死亡。引起手足口病的病原体主要有柯萨奇病毒(Coxsackievirus),肠道病毒71型(Entrovirus71)和埃可病毒(Echovirus),其中以柯萨奇病毒A16型(CVA16)和肠道病毒71型(EV71)最为常见。清道夫受体家族成员2(SCARB2,又名LIMP2)是CD36超家族成员之一,在脂类代谢和起始免疫通路中起到非常重要的调节作用。最近的研究表明,SCARB2是手足口病病毒EV71和CVA16的功能性受体,不仅介导了病毒与宿主细胞的结合,而且在病毒脱衣壳过程中发挥了重要的作用,然而对于这一过程的分子机制却缺乏详细的研究。  在本研究中我们分别用哺乳动物细胞和昆虫细胞两种表达系统表达出了SCARB2胞外段蛋白,并解析了其在中性pH以及酸性pH条件下的晶体结构。从整体上看SCARB2在这两种条件下三维结构是非常相似的,是由三个结构域形成一个“腰果”状的结构,其有着非常丰富的糖基化以及一条几乎贯穿整个分子、连通细胞膜和分子最远端的长“通道”。通过结构比对,我们发现SCARB2顶端“帽子”结构处有一个明显的构象变化。伴随这一构象变化,使得SCARB2内部“通道”呈现出了开放和闭合两种状态。我们通过体外孵育和分析超速离心的方法证明,正是pH诱导的SCARB2构象变化直接开启了病毒的脱衣壳过程。根据SCARB2的结构特征,我们设计一系列点突变,使用敲除了SCARB2基因的HEK293S细胞,通过转染使得细胞表达出SCARB2突变体,然后用带GFP的EV71病毒对细胞进行感染,用流式细胞术检测感染效率,从而在细胞水平上验证了“通道”及糖基化对EV71侵染的影响。此外我们还使用Pull-down的实验方法检测出了病毒表面能够与SCARB2结合的肽段,使用等温滴定微量热(ITC)实验方法证明了SCARB2第146-166氨基酸肽段是与EV71成熟病毒颗粒结合的区域。综合以上的实验结果,我们构建出了EV71与SCARB2的复合物模型并提出了SCARB2介导EV71早期入侵的感染模式。  本文的研究工作揭示出了SCARB2介导的EV71入侵宿主细胞的分子机制,使得我们对病毒入侵这一生物学过程有了更加深刻的理解,同时为开发新型抗手足口病药物提供了理论基础。
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