蝙蝠宿主中新病毒发现及蝙蝠冠状病毒HKU9受体的探索.caj

蝙蝠宿主中新病毒发现及蝙蝠冠状病毒HKU9受体的探索
作者 : 黄灿平
学位授予单位 : 中国疾病预防控制中心
学位名称 : 博士
导师姓名 : 高福;舒跃龙
学位年度 : 2017
关键词 : 新发传染病；果蝠冠状病毒GCCDC1；异源跨科重组；融合相关小跨膜蛋白(FAST)；亚基因组mRNA
摘要 : 传染病的暴发(outbreak)和流行(pandemic)严重威胁着人类的健康和生存。在全球化(globalization)和工业化(industralization)背景下,疾病的传播和流行异常迅速。而新病原出现的速度也似乎超过了过去的任何时期。野生动物在人兽共患病(zoonosis)的发生、传播和流行中发挥重要作用。对野生动物所携带病原进行检测、分离与鉴定以及论证其与疾病的相关性,成为当前传染病研究的一个新的热点。随着技术的发展,现代分子生物学方法在病原的发现和鉴定中发挥越来越重要的作用。以宏基因组学(metagenomics)和新一代测序技术(next-generation seqeuncing, NGS)等为代表的分子生物学方法能够从样本中直接分析DNA或RNA遗传物质,在病原鉴定中非常适用。2002年和2012年分别暴发的严重急性呼吸综合征冠状病毒(SARS-CoV)和中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV),促使广大研究者密切关注冠状病毒的生物多样性、基因组学和跨物种传播的可能性,尤其是来源于蝙蝠(第二大哺乳动物群体)的冠状病毒。目前已知蝙蝠携带有多种多样的病原体,因此在新发人畜共患病和跨物种传播疾病的监测中,蝙蝠是优先关注的对象。本研究通过泛冠状病毒RT-PCR筛选(pan-coronaviral screening)和新一代测序技术,从棕果蝠(Rousettus leschenaulti)的直肠拭子样本中鉴定出一种新型蝙蝠冠状病毒,将其命名为果蝠冠状病毒GCCDC1 (Rousettus bat coronavirus GCCDC1,Ro-BatCoV GCCDC1)。Ro-BatCoV GCCDC1 在基因组结构和组成上与果蝠冠状病毒HKU9 (Ro-BatCoV HKU9)类似,但是序列和进化分析表明Ro-BatCoV GCCDC1是一种新型蝙蝠冠状病毒。更为引人注意的是,在病毒基因组的3’末端整合有一个独特的基因——p10基因,这个基因在所有已知的冠状病毒中都找不到同源序列,序列和进化分析表明可能来源于一个古老的蝙蝠正呼肠孤病毒。亚基因组mRNA和细胞水平试验表明Ro-BatCoV GCCDC1的p10基因与正呼肠孤病毒的p10基因一样是一个功能基因。在病毒复制周期中,p10基因可能能够促进病毒在细胞与细胞之间转移。这株病毒的发现是单股正链RNA病毒与双股分节段的RNA病毒之间跨科重组的第一次报道。对该冠状病毒的进一步研究能够深入了解病毒间异源重组的机制。蝙蝠冠状病毒HKU9 (Ro-BatCoV HKU9)是一种重要的Beta冠状病毒,系统进化上与MERS-CoV隶属于同一个属。对蝙蝠进行监测的数据表明BatCoV HKU9在蝙蝠群体中广泛流行,因此有必要对这个病毒跨越种间屏障的潜在可能性进行研究。冠状病毒spike蛋白中的受体结合结构域(Receptor binding domain,RBD)识别宿主受体以介导病毒侵入,因此是决定病毒趋向性和传播能力的关键因子。本研究中,通过一系列生物物理和晶体学方法对BatCoV HKU9假定的Spike蛋白RBD进行了研究。表面等离子体共振结果表明HKU9-RBD既不结合SARS-CoV 的受体血管紧张素转化酶 2 (Angiotensin-Converting Enzyme 2,ACE2),也不结合MERS-CoV的受体CD26。我们进一步解析了 HKU9-RBD的分子结构,分析显示该分子结构由一个核心和一个外部亚结构域组成。核心亚结构域的折叠形式与其他Beta冠状病毒RBD的相似,而外部亚结构域在结构上具有独特的特点,仅由一个单一的螺旋组成,这一结构解释了 HKU9-RBD不与ACE2和CD26结合的原因。通过比较目前已知的所有Beta冠状病毒RBD结构,我们进一步提出同源的亚结构域插入结合模式,核心亚结构域和外部亚结构域通过这一模式锚定在一起。通过对HKU9-RBD的结构解析及其与其他Beta冠状病毒的RBD比较,对于阐明Beta冠状病毒受体结合特性及进化规律具有重要参考价值,对于评价HKU9病毒的跨种传播潜力具有重要提示作用。