中国CDC病毒病所揭示C组轮状病毒受体结合特征

 

 

轮状病毒（Rotavirus，RV）是引起病毒性急性胃肠炎的重要病原体之一，可分为10个不同的组。A组RV在人群中广泛流行，B组、C组和H组RV的流行水平相对较低。C组RV首次在猪身上被发现，随后在人类中发现。动物C组RV是猪胃肠炎的重要病原体，同时C组RV也可以感染狗、牛和雪貂。人C组RV是人类中第二常见的RVs种类，与A组RV主要感染婴幼儿不同，C组RV既可以感染儿童。研究人C组RV与宿主受体的相互作用，对于揭示C组RV感染机制、流行特征、病毒进化以及疫苗研发具有重要指导意义。

 

 

1.本研究针对人C组RVVP8*蛋白，利用糖点阵实验、寡糖结合实验、唾液结合实验、血凝实验等方法研究其与组织血型抗原（Histo-bloodgroupantigens，HBGAs）之间的关系（图1）。结果发现：寡糖结合实验中人C组RVVP8*蛋白特异地与A型HBGA结合。同样的，在唾液结合实验中也观察到人C组RVVP8*蛋白与A、AB型唾液结合，与B、O、O-（非分泌型）唾液不结合，血凝实验结果也表明VP8*蛋白特异的凝集A和AB型红细胞。这些结果显示A型HBGA可能是人C组RV与宿主互作的潜在黏附分子。

 

2.通过晶体学方法解析了人C组RVVP8*，发现人C组RVVP8*具有与A组RVVP8*不同的结构特征（图2）。进一步解析VP8*-A三糖的复合物结构发现人C组RVVP8*受体结合位点及受体结合机制也是与A组RV不同的。根据VP8*序列分析，人C组RVVP8*相对保守，同属于P[2]基因型。

 

 

A型HBGA表型在人群中约占30%，可能在一定程度上限制了人C组RV的流行水平。本研究表明A型HBGA在C组轮状病毒细胞黏附中发挥重要作用并阐明了人C组轮状病毒VP8*与A型寡糖受体互作的机制，为人C组轮状病毒的感染、流行及进化的研究奠定了基础和理论依据。

 

本研究受到国家重点研发计划（2016YFC1201900）和国家自然科学基金（81472003，31500139，81601813）的资助。病毒病所孙晓曼副研究员，山东大学王莉鸿硕士，中国科学院微生物研究所齐建勋研究员，病毒病所李丹地研究员为本文共同第一作者，段招军研究员为本文通讯作者。

 

ABSTRACT

 

Group/speciesCrotaviruses(RVCs)havebeenidenti?edasimportantpathogensofacutegastroenteritis(AGE)inchildren,family-basedoutbreaks,aswellasanimalinfections.However,littleisknownregardingtheirhost-speci?cinteraction,infection,andpathogenesis.Inthisstudy,weperformedserialstudiestocharacterizethefunctionandstructuralfeaturesofahumanG4P[2]RVCVP8*thatisresponsibleforthehostreceptorinteraction.GlycanmicroarraysdemonstratedthatthehumanRVCVP8*recognizestypeAhisto-bloodgroupantigens(HBGAs),whichwascon?rmedbysyntheticglycan-/saliva-basedbindingassaysandhemagglutinationofredbloodcells,establishingaparadigmofRVCVP8*-glycaninteractions.Furthermore,thehigh-resolutioncrystalstructureofthehumanRVCVP8*wassolved,showingatypicalgalectin-likestructureconsistingoftwo-sheetsbutwithsigni?cantdifferencesfromcogentproteinsofgroupArotaviruses(RVAs).TheVP8*incomplexwithatypeAtrisaccharidedisplaysanovelligandbindingsitethatconsistsofaparticularsetofaminoacidresiduesoftheC-D,G-H,andK-Lloops.RVCVP8*interactswithtypeAHBGAsthroughauniquemechanismcomparedwiththatusedbyRVAs.Our?ndingsshedlightonthehost-virusinteractionandthecoevolutionofRVCsandwillfacilitatethedevelopmentofspeci?cantiviralsandvaccines.

 

IMPORTANCE

 

Group/speciesCrotaviruses(RVCs),membersofReoviridaefamily,infectbothhumansandanimals,butourknowledgeaboutthehostfactorsthatcontrolhostsusceptibilityandspeci?cityisrudimentary.Inthiswork,wecharacterizedtheglycanbindingspeci?cityandstructuralbasisofahumanRVCthatrecognizestypeAHBGAs.WefoundthathumanRVCVP8*,therotavirushostligandbindingdomainthatsharesonly15%homologywiththeVP8*domainsofRVAs,recognizestypeAHBGAatanas-yet-unknownglycanbindingsitethroughamechanismdistinctfromthatusedbyRVAs.OurnewadvancementsprovideinsightsintoRVCcellattachment,thecriticalstepofvirusinfection,whichwillinturnhelpthedevelopmentofcontrolandpreventionstrategiesagainstRVs.