饒子和/王祥喜團隊解析柯薩奇病毒A10結構並揭示其結合受體及脫衣殼的分子機制

2018年11月26日，《Nature Communications》在線發表了饒子和/王祥喜研究團隊的研究論文「Structures of Coxsackievirus A10 unveil the molecular mechanisms of receptor binding and viral uncoating」。該工作報道了手足口病毒柯薩奇A10（CVA10）三種不同生命周期的全顆粒原子解析度結構以及脫衣殼中間體的中等解析度基因組結構，這是該團隊繼完成對手足口病毒EV71，CVA16不同生命周期的全顆粒結構和功能研究後又一重要研究成果（Wang, X. et.al. Nat StructMolBiol 2012; Ren, J. et al. Nat Commun 2013; Luigi De. et al. Nat StructMolBiol 2014; Ren, J. et al. JVI 2015; Zhu, L. et al. Mbio 2018）。

EV71和CVA16一直是導致手足口病的主要病原體，EV71疫苗只能保護由EV71感染導致的手足口病，而不能交叉保護由其他手足口病毒感染導致的手足口病，並且隨著EV71疫苗的接種和腸道病毒間可能發生的基因重組事件，手足口病毒的流行譜在發生改變。近年來，由CVA10感染導致的手足口病例顯著增加，患病兒童還可能產生更嚴重的臨床癥狀如無菌性腦膜炎等。然而，目前還沒有CVA10疫苗上市和針對CVA10的抗病毒治療手段與方法，因此對CVA10進行結構和功能研究十分必要。

CVA10屬於小RNA病毒家族腸道病毒屬，小RNA病毒家族由一大類直徑約30nm，衣殼包裹著單股正鏈RNA，無囊膜，呈正二十面體結構的病毒組成。我們分離出CVA10三種不同生命周期的全病毒顆粒，運用冷凍電鏡技術獲得了三種顆粒的原子解析度結構。CVA10實心顆粒的結構與其它腸道病毒大體相似，然而在潛在的受體結合區和中和性抗體結合區域，CVA10與EV71和CVA16的結構和表面電勢分布有著較大的區別。我們對CVA10三種顆粒結構進行比較分析，發現空心顆粒和脫衣殼中間體顆粒直徑比實心顆粒大約5%，空心顆粒的正二十面體二次軸處形成了major channel以及off-axis channel，而中間體的二次軸處僅有major channel，off-axis channel則被衣殼蛋白VP1和VP2所填補。另外，根據結構比較發現，三種顆粒發生了原聚體單位的旋轉和內部組分的位移，而且空心顆粒相較實心顆粒和中間體顆粒，產生了多位點的disorder。免疫原性評價結果顯示實心顆粒和中間體顆粒免疫原性遠高於空心顆粒，這與我們的結構分析結果一致，對於手足口疫苗的開發有很好的啟示。我們還採用symmetry-mismatch的方法獲得了脫衣殼中間體的中等解析度核酸結構，確定了數個衣殼內部與核酸相互作用的關鍵位點，闡述了腸道病毒脫衣殼釋放核酸的動態過程。

中國科學院生物物理研究所王祥喜研究員，饒子和院士，朱玲副研究員以及浙江疾病預防控制中心張嚴峻同為本文的通訊作者。朱玲副研究員、孫瑤助理研究員、樊錦艷博士為本文的共同第一作者，湖南師範大學劉紅榮教授和朱濱博士給予了大力支持。該研究得到中科院先導專項、中科院重點部署項目、科技部973項目、國家自然科學基金等資助，得到中科院生物物理研究所鼻咽癌等臨床重要問題的多學科協同研究中心的支持。

Abstract

Coxsackievirus A10 (CVA10), a human type-A Enterovirus (HEV-A), can cause diseases ranging from hand-foot-and-mouth disease to polio-myelitis-like disease. CVA10, together with some other HEV-As, utilizing the molecule KREMEN1 as an entry receptor, constitutes a KREMEN1-dependent subgroup within HEV-As. Currently, there is no vaccine or antiviral therapy available for treating diseases caused by CVA10. The atomic-resolution structure of the CVA10 virion, which is within the KREMEN1-dependent subgroup, shows significant conformational differences in the putative receptor binding sites and serotype-specific epitopes, when compared to the SCARB2-dependent subgroup of HEV-A, such as EV71, highlighting specific differences between the sub-groups. We also report two expanded structures of CVA10, an empty particle and uncoating intermediate at atomic resolution, as well as a medium-resolution genome structure reconstructed using a symmetry-mismatch method. Structural comparisons coupled with previous results, reveal an ordered signal transmission process for enterovirus uncoating, converting exo-genetic receptor-attachment inputs into a generic RNA release mechanism.

本期編輯：Tony

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