HIV-1 CRF07-BC gp41和EIAV gp45的結(jié)構(gòu)和功能研究.pdf

1、艾滋?。╝cquired immunodeficiency syndrome，AIDS）是由人免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）感染引起的一類傳染性疾病。CRF07-BC是中國特有的HIV-1重組毒株，首先在四川和新疆靜脈吸毒人群中檢出，并成為中國主要流行毒株，占到全部感染人群的50％以上。從發(fā)現(xiàn)至今，CRF07-BC在中國流行時間超過十年，其流行呈逐步擴大態(tài)勢。
　　跟其他HIV-1

2、病毒一樣，CRF07-BC的感染是從病毒進入開始的，在病毒顆粒表面，HIV表面糖蛋白(ENV)以高能態(tài)的gp120/gp41三體復合物形式存在。當病毒感染靶細胞時，首先是HIV的包膜糖蛋白gp120與靶細胞表面的CD4受體分子結(jié)合，gp120構(gòu)象發(fā)生變化，暴露出與輔助受體結(jié)合的位點，進而與CCR5或CXCR4等輔助受體結(jié)合。輔助受體的結(jié)合導致gp120與gp41的剝離，gp41構(gòu)象發(fā)生改變，其融合肽插入到靶細胞的細胞膜中，接著gp41形

3、成六股α-螺旋束將病毒膜和靶細胞膜拉進，發(fā)生膜融合，最終導致HIV進入靶細胞內(nèi)。HIV gp41跨膜糖蛋白在HIV融合過程中起著關(guān)鍵作用，gp41有三個主要功能結(jié)構(gòu)域:胞外結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域。其主要功能是由胞外結(jié)構(gòu)域介導完成的。
　　本研究中，我們解析了CRF07-BC gp41胞外結(jié)構(gòu)域核心的晶體結(jié)構(gòu)，通過結(jié)果分析我們發(fā)現(xiàn)，CRF07-BC gp41的結(jié)構(gòu)跟B亞型的結(jié)構(gòu)整體上非常相似，但是在表面電荷和親水性方面有明顯

4、的不同。通過序列比對，我們發(fā)現(xiàn)在HIVgp41HR2中部有一個高突變區(qū)，定點突變實驗和細胞融合實驗表明，高突變區(qū)對在介導病毒細胞融合方面具有重要的功能;并且在病毒侵入過程中，高突變區(qū)氨基酸可能發(fā)生構(gòu)象的變化（loop-螺旋），這對侵入的發(fā)生時至關(guān)重要的。因此，我們提出了自然狀態(tài)下gp41的存在形式，并且修正了gp41介導的融合模型。
　　通過對高突變區(qū)域的結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，CRF07-BC gp41功能的實現(xiàn)，不僅僅受到單一氨基酸的影

5、響，還受到臨近的氨基酸的影響，所以在藥物設計的時候，不應該僅僅考慮藥物的單氨基酸靶點，也應該考慮藥物作用的微環(huán)境。針對HIVgp41具有協(xié)同效應的多個氨基酸或者局部微環(huán)境作為靶點的藥物將大有作為。馬傳染性貧血病毒(EIAV)同屬于逆轉(zhuǎn)錄病毒科慢病毒屬，能感染馬屬動物，分布極其廣泛。20世紀70年代，中國農(nóng)科院哈爾濱獸醫(yī)研究所成功研制了馬傳染性貧血白細胞減毒活疫苗，這是迄今為止在世界上唯一大規(guī)模應用的慢病毒疫苗。EIAV和HIV同屬于慢病

6、毒，其在病毒結(jié)構(gòu)、基因組成、生活周期和感染特征方面非常相似。因此，EIAV減毒活疫苗是研究開發(fā)HIV疫苗非常好的模型。
　　本研究中，我們解析了EIAV gp45的結(jié)構(gòu)，gp45結(jié)構(gòu)跟HIV和SIVgp41非常相似，HR1在內(nèi)HR2在外形成穩(wěn)定的六螺旋束結(jié)構(gòu)。但是gp45的等電點(pI)更低，酸性更強。
　　EIAV gp45同目前結(jié)構(gòu)得到解析的長度最長HIV gp41(PDB∶2X7R)一樣，在HR1 N端呈現(xiàn)一個開放的構(gòu)

7、象。但是，gp45的開口更大，形成口袋狀。在“口袋”里面是排列有序的溶劑分子，數(shù)目很多。Gp45這些沿中心軸排列的溶劑分子（水分子）是非常獨特的，在HIV gp41的中軸上，僅僅發(fā)現(xiàn)三個水分子。并且gp45的堆疊明顯的比gp41松散，這可能與gp45中心的水分子有關(guān)。同時，我們解析了EIAV疫苗株gp45的晶體結(jié)構(gòu)。EIAV疫苗株gp45的結(jié)構(gòu)跟野生型的非常相似，僅僅在505位上由纈氨酸/異亮氨酸（野生株）突變?yōu)樘K氨酸（疫苗株）。突變位

8、點在HR2的d位，突變的發(fā)生導致gp45穩(wěn)定性的降低，這可能也是疫苗株具有免疫效果的重要原因。
　　不僅如此，我們對上述兩個發(fā)現(xiàn)展開聯(lián)合應用，希望對HIV疫苗的開發(fā)和研究有所啟示。利用gp45疫苗株穩(wěn)定性降低融合能力不變的標準，我們對HIVgp41HR1和HR2的a、d位進行定點突變篩選。在單一位點突變中，我們并未發(fā)現(xiàn)符合標準的突變體。鑒于HR2高突變區(qū)中多個突變可能存在互補性，通過結(jié)構(gòu)分析，我們將對可能存在互補的氨基酸進行篩選。