蝙蝠源流感样病毒H17N10血凝素和神经氨酸酶蛋白的结构和功能研究

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流感是由流感病毒引起的,在人群及多种动物之间流行的急性、高度传染性的疾病。流感病毒大流行和季节性流感的发生给人类健康带来了很大威胁,造成了重大的经济损失,对流感病毒的预防和控制一直是科学研究的重要内容。流感病毒属于正黏液病毒科,是单股负链RNA病毒,其膜表面有两种重要的糖蛋白,血凝素和神经氨酸酶,在流感病毒生命周期中都具有重要的功能。  血凝素(Hemagglutinin,HA)是病毒表面重要的糖蛋白,参与受体结合、膜融合,帮助病毒粒子进入宿主细胞。HA受体结合的偏好性是病毒宿主范围的决定因素之一。HA是中和抗体作用的主要靶标,抗体可以通过阻断受体结合和阻断膜融合来抑制病毒。了解各种HA亚型结构特点及其受体结合偏好性对流感病毒的预防和控制具有重要指导意义。  神经氨酸酶(Neuraminidase,NA)的主要功能是促使新生病毒颗粒释放并帮助病毒颗粒在呼吸道粘液中迁移。NA结构中有保守的酶活位点,是抑制剂作用的重要靶点,基于NA晶体结构设计的药物Zanamivir和Oseltamivir是目前治疗流感最有效的药物,是基于结构的药物设计的成功范例。NA晶体结构的解析和酶活机制的研究对于新型抑制剂的研究具有重要指导意义。  2012年研究人员从蝙蝠体内发现了一个新的流感样病毒基因组H17N10,这对流感病毒的起源和进化都提出了新的疑问。氨基酸序列分析发现H17和N10与已有亚型差异性很大,它们具有怎样的结构功能特点,我们对H17和N10进行了研究。解析了H17的晶体结构,H17具有典型的三聚体结构,但受体结合位氨基酸发生了很多改变使得受体结合槽构象变化,通过功能试验发现对α2,3和α2,6唾液酸受体都不结合。研究解析了N10的结构,发现N10具有四聚体蘑菇样结构。体外酶活实验发现N10不具有传统NA的酶活活性。结构分析发现N10中酶活位点的保守氨基酸发生了很多改变,使得酶活位点构象变化,不利于唾液酸受体的结合和切割。总结研究表明H17不结合传统的唾液酸受体,N10不具有酶活活性,蝙蝠来源的流感病毒可能使用不同的入侵机制,为蝙蝠流感病毒感染的分子机制研究提供了思路。  在已有的NA亚型中,N7是唯一一个结构尚未解析的亚型, N6的结构分析也没有相关文章报导。本研究中分别解析了N7和N6的晶体结构。对所有NA结构进行比较发现,N7和N6属于典型的第二组NA,不具有150洞,在酶活位点旁边具有一个由340环形成的洞。对所有NA的N-糖基化,钙离子结合位点,第二唾液酸结合位点等进行了全面的比较分析。这些研究对于全面分析NA以及NA新型抑制剂的研究具有重要的指导意义。  此外,本研究还对1977年造成流行的H1N1病毒的H1蛋白进行了相关结构和功能的研究,发现其对人源受体具有很好的亲和力,对禽源受体具有比较低的结合,其与受体结合的结构基础及相关晶体结构目前正在研究中。本研究还对流感病毒HA蛋白与广谱中和抗体作用的结构基础进行了相关研究,期望找到具有广谱效果的抗体及其保守的抗原表位,对流感病毒的治疗和疫苗开发提供基础,由于复合物晶体生长限制,研究目前还在进行中。  总之,本论文使用体外结合实验和X-射线晶体学方法阐明了新型蝙蝠流感基因组H17和N10的结构功能特点,并对最后一个结构尚未解析的NA亚型N7进行了结构功能研究,为各种亚型流感病毒HA和NA结构功能特点的全面认识提供了基础。
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