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動(dòng)衛(wèi)所在新布尼亞病毒組裝和入侵機(jī)制研究方面取得新進(jìn)展
近日，動(dòng)衛(wèi)所作為第一單位在國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Nature Communications（中科院大類一區(qū)，IF=16.6）以article的形式發(fā)表了題為“Cryo-EM structure of severe fever with thrombocytopenia syndrome virus”的研究論文，成功解析了SFTSV病毒粒子的近原子分辨率三維結(jié)構(gòu)。該成果在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院金寧一院士團(tuán)隊(duì)和我院廖明教授團(tuán)隊(duì)牽頭下，聯(lián)合吉林大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院、南方科技大學(xué)第一附屬醫(yī)院等多家國內(nèi)外優(yōu)勢(shì)研究團(tuán)隊(duì)合作完成。
發(fā)熱伴血小板減少綜合征（severe fever with thrombocytopenia syndrome, SFTS）是在中國首次報(bào)道的一種新發(fā)出血熱，由發(fā)熱伴血小板減少綜合征布尼亞病毒（SFTSV）（簡(jiǎn)稱新布尼亞病毒）感染而引起的一種新的急性傳染性疾病。在流行區(qū)域該病毒感染率約為1%~3%，病死率在6%~30%，平均病死率約為10%。目前對(duì)SFTSV的研究還處于初級(jí)階段，尚無特效臨床治療藥物和疫苗。由于該病常年散發(fā)流行，病情嚴(yán)重，病死率較高，急需開展病原相關(guān)研究，以期為疫苗或藥物研發(fā)提供靶點(diǎn)。
SFTSV屬于布尼亞病毒目（Bunyavirales）、白纖病毒科（Phenuiviridae），是一種帶囊膜的分節(jié)段RNA病毒。SFTSV基因組其中一個(gè)片段M編碼一個(gè)多聚蛋白前體，隨后通過宿主細(xì)胞的蛋白酶裂解成N段和C段兩個(gè)片段，形成其病毒粒子表面的兩個(gè)刺突糖蛋白Gn和Gc。之前研究表明，SFTSV主要通過內(nèi)吞途徑入侵宿主細(xì)胞，其中Gn負(fù)責(zé)受體識(shí)別，而Gc介導(dǎo)病毒囊膜與內(nèi)體膜的融合。因此，Gn和Gc成為病毒的主要免疫原，是設(shè)計(jì)疫苗和抗病毒藥物的重要靶標(biāo)。解析Gn和Gc的精細(xì)三維結(jié)構(gòu)以及它們?cè)诓《玖Ｗ颖砻娴慕M裝形式成為抗病毒研究的關(guān)鍵。然而，此前研究雖然報(bào)道了Gn和Gc部分結(jié)構(gòu)域的原子結(jié)構(gòu)，但是解析其完整蛋白結(jié)構(gòu)，尤其是病毒粒子表面的原位結(jié)構(gòu)，一直面臨著巨大挑戰(zhàn)。絕大多數(shù)布尼亞病毒呈現(xiàn)不規(guī)則形態(tài)，或者近似二十面體對(duì)稱，并且具有非常顯著的結(jié)構(gòu)柔性，使得病毒粒子容易發(fā)生局部形變和扭曲，這極大限制了針對(duì)布尼亞病毒的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究。此前通過單顆粒重構(gòu)或電子斷層掃描手段對(duì)幾種布尼亞病毒粒子的研究一直局限于納米級(jí)分辨率，因此，針對(duì)布尼亞病毒組裝機(jī)制的很多基本問題仍未研究清楚。
SFTSV病毒粒子整體結(jié)構(gòu)
研究團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化病毒純化制備策略，獲得了高純度且相對(duì)穩(wěn)定的病毒樣品用于結(jié)構(gòu)研究。他們結(jié)合冷凍電子斷層和單顆粒三維重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析，并通過局部重構(gòu)進(jìn)一步提升分辨率?；诖笈康膱D像數(shù)據(jù)采集和深度分類，他們最終獲得了4-5 ?局部分辨率的重構(gòu)密度圖，并成功搭建了Gn/Gc囊膜蛋白的完整結(jié)構(gòu)模型。結(jié)構(gòu)顯示SFTSV Gn和Gc以異源二聚體形式存在于病毒粒子表面，并進(jìn)一步以二聚體為結(jié)構(gòu)單元形成五鄰體（penton）和六鄰體（hexon）的膜粒刺突（peplomer），從而構(gòu)成一個(gè)近似二十面體的病毒顆粒。這種多個(gè)層次的組裝模式將Gc的融合肽緊密包埋在內(nèi)部，從而穩(wěn)定在亞穩(wěn)態(tài)的融合前構(gòu)象。相鄰的膜粒之間主要通過Gn/Gc的胞外結(jié)構(gòu)域相互作用，然而其結(jié)合界面相對(duì)較小，這也解釋了病毒粒子高度的結(jié)構(gòu)柔性。其中，位于Gc第914位天冬酰胺上的糖基化修飾對(duì)于相鄰膜粒間的相互作用極為關(guān)鍵，其突變極大程度破壞了病毒粒子的組裝。這一位點(diǎn)在白纖病毒科多個(gè)成員，尤其是白蛉病毒屬（Phlebovirus）中，高度保守，暗示著這一類病毒可能利用相似的機(jī)制進(jìn)行組裝。此外，由于Gn/Gc在病毒粒子表面的多層次組裝形式，一些特定的抗原表位被隱藏在內(nèi)部，只有通過病毒粒子的“呼吸”或者處于膜融合過程中變構(gòu)才瞬時(shí)暴露。有趣的是，目前已知的很多抗體都靶向這類隱藏的表位，暗示著這些抗體能夠與病毒粒子同時(shí)進(jìn)入內(nèi)體，通過干擾膜融合來抑制病毒入侵。
SFTSV病毒囊膜刺突結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)
這項(xiàng)研究報(bào)道了迄今為止最高分辨率的布尼亞病毒粒子結(jié)構(gòu)，為我們提供了前所未有的關(guān)于病毒組裝的原子細(xì)節(jié)。這些發(fā)現(xiàn)極大促進(jìn)了我們對(duì)于布尼亞病毒組裝和入侵機(jī)制的理解，也為疫苗和藥物設(shè)計(jì)提供了重要基礎(chǔ)。
本研究得到國家自然科學(xué)基金（31972719）、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目（2020-12M-5-001）、廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2021B1212030015）、廣東珠江人才計(jì)劃項(xiàng)目（2019CX01N111）等資助，此工作也得到上海月新生科信息科技有公司和南方科技大學(xué)冷凍電鏡中心的支持。
