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Nat Comm | 魏伟课题组揭示肠道病毒家族全新开放阅读框
2019-09-09

责编 | 酶美


肠道病毒 (Enterovirus) 属于小核糖核酸病毒科 (Picornaviridae),包括脊髓灰质炎病毒、埃可病毒、柯萨奇病毒、鼻病毒及新型肠道病毒。人感染肠道病毒后可引发诸如发热、手足口病、新生儿败血症、脑膜炎、肢体弛缓性麻痹、心肌炎、急性出血性结膜炎和呼吸系统疾病等多种临床症状,严重患者甚至导致终身残疾乃至致死。其中,得益于有效的预防性脊髓灰质炎病毒疫苗的研发与推广,全球已进入消灭脊髓灰质炎流行的最后阶段。但是,近十年多种非脊髓灰质炎肠道病毒(Non-polio enteroviruses)在世界范围内呈现规律性爆发流行,加之肠道病毒变异重组快、传播能力强、波及范围广、临床表征差异大、突发再发频率高,已经成为全球公共卫生安全领域非常棘手的难题。


肠道病毒颗粒为正二十面体立体对称的无包膜球形结构,其基因组为单股正链RNA。自1981年诺贝尔奖获得者David Baltimore团队首次完成脊髓灰质炎病毒全基因组测序以来,病毒学界长期认为:肠道病毒的基因组由单一开放阅读框(open reading frame, ORF及两侧5’和3’非编码区(UTR)组成。肠道病毒RNA仅有的开放阅读框负责编码病毒全长多聚蛋白,后经过病毒蛋白酶2A,3C,3D加工处理产生病毒的4个结构蛋白(VP1,VP2,VP3,VP4),和7个非结构蛋白:(2A,2B,2C,3A,3B,3C,3D)


2019年9月6日,吉林大学第一医院的魏伟教授带领其团队成员(前三名作者为郭浩然讲师、李岩博士、刘冠辰硕士)Nature Communications杂志上在线发表了题为 A second open reading frame in human enterovirus determines viral replication in intestinal epithelial cells的研究论文,揭示了肠道病毒基因组全新的开放阅读框,将其翻译产物命名为ORF2p,并提出新肠道病毒蛋白ORF2p对Enterovirus在肠道上皮细胞中复制具有重要的促进作用。



研究人员通过比较肠道病毒家族两个重要成员:A型71病毒EV-A71和D型68病毒EV-D68的复制特性差异,发现:不同于粪-口传播的EV-A71病毒能够在人源肠道上皮细胞IECs复制,呼吸道传播病毒EV-D68在IECs复制的分泌释放阶段存在缺陷。而且,原先被认为非编码的区域5’UTR决定着肠道病毒颗粒从IECs细胞复分泌释放。通过对EV-A71和EV-D68病毒5’UTR序列比较分析和病毒蛋白表达验证,研究人员发现了EV-A71病毒基因组存在一个新开放阅读框,其在病毒感染中能够有效翻译产生ORF2p蛋白。



相比与野生型EV-A71病毒,缺失ORF2p表达的EV-A71突变毒株EV-A71ΔORF2p在原代或永生化肠道细胞中复制均存在显著缺陷;而外源表达的ORF2p蛋白能够恢复EV-A71ΔORF2p病毒在IECs细胞内的复制能力。研究人员还比较了不同种类肠道病毒编码ORF2p的蛋白序列与功能,证实ORF2p蛋白是一个高度保守的肠道病毒蛋白,对肠道病毒在IECs细胞复制均具有重要的促进作用。


接下来,研究人员探讨了病毒蛋白ORF2p促进肠道病毒复制的机制。 研究表明,ORF2p对EV-A71病毒的粘附、入侵、RNA复制以及蛋白翻译均无显著影响。但是,在IECs细胞中,ORF2p蛋白表达水平直接影响着EV-A71子代病毒从宿主细胞中释放。ORF2p蛋白还具有促进EV-D68病毒在IECs细胞分泌与复制的活性。同时,研究人员发现ORF2p蛋白定位于细胞质囊膜结构,鉴定出ORF2p分子上保守的跨膜结构域,并对该病毒蛋白功能具有决定性作用。因此,ORF2p蛋白通过增强肠道病毒分泌,进而促进病毒在肠道上皮细胞内有效复制。


总的来说,本研究鉴定出肠道病毒家族一个全新开放阅读框,更新了数十年来对小RNA病毒科基因组结构的认识;发现了肠道病毒新病毒蛋白ORF2p,为肠道病毒家族已知的11个病毒蛋白再添一个新成员。由于肠道组织是绝大多数肠道病毒入侵宿主后病毒开始扩增的原始复制点,鉴定ORF2p作为肠道病毒在IECs细胞复制的重要毒力因子,将为深入了解肠道病毒致病机理提供全新的研究视角。


该研究由吉林大学第一医院、吉林大学艾滋病与病毒研究所魏伟教授指导完成,吉林大学王春喜教授、黄红兰教授,厦门大学程通教授等团队对本课题的完成提供了大力支持。


目前,吉林大学魏伟教授团队正在招收硕士、博士研究生,博士后,专职科研人员加盟。 欢迎直接发送邮件联系:wwei6@jlu.edu.cnadam6182628@126.com


原文链接:
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12040-9
制版人:珂


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