1月17日,國際病原學雜志PLoS Pathogens在線發表了中國科學院生物物理研究所孫飛研究組與其合作者題為Atomic Model of Rabbit Hemorrhagic Disease Virus by Cryo-Electron Microscopy and Crystallography的最新研究成果,是兔出血癥病毒結構及其表位抗原研究的重大突破,填補了杯狀病毒研究領域的一個空白。
兔出血癥(Rabbit Hemorrhagic Disease,RHD),是一種急性、致死傳染病,家兔在感染后48~72小時死亡。1984年,中國首次報道了兔出血癥的暴發,隨后在歐洲、美洲等地區逐漸流行。該病的病原體兔出血癥病毒(Rabbit Hemorrhagic Disease Virus,RHDV)隸屬杯狀病毒科(Caliciviridae)兔病毒屬(Lagovirus)。相比杯狀病毒科其它病毒屬,有關兔病毒屬病毒的高分辨率結構研究尚屬空白。
在此項研究中,科研人員在先前的研究成果基礎上(Protein & cell 1, 48-58.),得到了RHDV高分辨率(6.5?)的電鏡結構,以及其衣殼蛋白S結構域和P結構域的晶體結構(2.0?,利用低溫電鏡的密度圖作為初始相位),并通過動力學模擬的方法得到了RHDV衣殼蛋白的準原子模型。通過對RHDV衣殼蛋白的結構進行分析以及不同病毒株的序列比對,找到一段對RHDV與抗體結合起關鍵作用的loop區。在此基礎上設計了一段包含此loop區的多肽,通過受體結合實驗證明了該多肽可以和兔的組織細胞結合,且中和實驗結果表明該多肽能有效刺激細胞產生抗體,利用該多肽制備的疫苗可以有效防御RHDV的感染。
該項研究成果對于研制新型的兔出血癥疫苗具有重要作用,同時也將促進基于兔出血癥病毒的新型抗原呈遞載體的開發。此外,本項研究綜合應用了低溫電鏡三維重構技術、X射線晶體學和分子動力學模擬技術,最終獲得了RHDV的高分辨率準原子模型,為當代結構生物學綜合運用多種技術手段解析生物超大分子復合體的高分辨率結構樹立了新的范例。
該研究成果由中科院生物物理研究所孫飛研究組與清華大學生命科學學院龐海教授、北京師范大學鄭東副教授、中國農科院哈爾濱獸醫研究所劉家森博士和美國UIUC的Klaus Schulten研究組共同合作完成,美國UCSD的Timothy Baker教授為本研究成果的撰寫提出了很多寶貴的建議。孫飛研究組的碩士生王雪、孫飛研究組與北京師范大學生命科學學院聯合培養的碩士生徐鳳婷及中國農科院哈爾濱獸醫研究所的劉家森博士為本文的共同第一作者。
該項研究工作得到了科技部、國家自然科學基金委員會和中國科學院的資助。

生物物理所等在兔出血癥病毒結構研究中獲重大突破

圖示: (左)RHDV衣殼準原子模型與低溫電鏡密度圖的匹配、及(右)RHDV衣殼蛋白P結構域的關鍵抗原表位(黑色矩形標出的loop區)
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