원숭이 Foamy Virus 수용체 결합 도메인의 결정 구조는 숙주 세포로의 진입에 대한 단서를 제공합니다

Nature Communications 14권, 기사 번호: 1262(2023) 이 기사 인용

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모든 레트로바이러스의 표면 외피 당단백질(Env)은 바이러스가 세포에 결합하고 바이러스와 세포막의 융합을 중재합니다. Orthoretrovirus 서브패밀리에 속하는 HIV Env의 구조-기능 관계는 잘 확립되어 있습니다. 그러나 두 번째 레트로바이러스 아과인 거품 바이러스(FV)의 Env에 대한 구조적 정보는 대부분 누락되어 있습니다. 이 연구에서 우리는 2.57Å 해상도에서 유인원 FV Env의 수용체 결합 도메인(RBD)의 X선 구조를 제시하여 두 개의 하위 도메인과 전례 없는 접힘을 보여줍니다. 우리는 삼량체 Env 내의 RBD 구성에 대한 모델을 생성했습니다. 이는 상위 하위 도메인이 Env의 정점에서 새장과 같은 구조를 형성하고 하위 하위 도메인의 잔기 K342, R343, R359 및 R369를 다음과 같이 식별했음을 나타냅니다. RBD와 바이러스 입자와 헤파란 설페이트의 상호작용에 중요한 역할을 합니다.

포미 바이러스(FV)라고도 알려진 스푸마레트로바이러스는 4억년 이상 척추동물 숙주와 함께 진화한 고대 레트로바이러스입니다1,2. FV는 인간이 아닌 영장류에서 널리 퍼져 있으며, 대부분 물림을 통해 인간에게 전염될 수 있습니다3. 더 잘 연구된 Orthoretrovirinae 친척(HIV가 가장 주목할만한 구성원임)과 달리 FV는 극도로 느리게 돌연변이하는 게놈을 가지며 숙주 게놈에 통합되고 평생 지속되는 감염을 확립함에도 불구하고 심각한 병리를 유발하지 않습니다4,5. 광범위한 친화성 및 숙주 범위와 함께 이러한 특징으로 인해 FV는 유전자 치료에 매력적인 벡터 후보가 됩니다.

바이러스 융합 단백질은 엔도솜 구획의 산성화 및/또는 특정 세포 수용체에 대한 결합에 의해 유발될 수 있는 형태 변화를 통해 막 융합을 유도합니다8,9. FV는 엔도솜 구획에서 pH 민감성 방식으로 발생하는 바이러스 및 세포막의 융합을 통해 세포내이입을 통해 세포로 들어가 뉴클레오캡시드를 세포질로 방출합니다10. 예외는 원형질막11에서도 융합될 수 있는 프로토타입 FV(PFV)입니다. FV 외피(Env) 당단백질은 클래스 I fusogens12에 속하며, 이는 삼량체로 접히는 단일 사슬 전구체로 합성되고, 그 프로토머는 이후 세포 표면으로 운반되는 동안 골지 구획에서 절단됩니다. FV Env는 성숙 동안 세포 푸린에 의해 두 부위에서 절단되어 리더 펩타이드(LP), 수용체 결합 도메인(RBD)을 포함하는 표면(SU) 서브유닛, 막횡단 서브유닛(TM)이라는 3개의 단편을 생성합니다. ), 핵융합 기계를 보유하고 있습니다. FV Env에 사용할 수 있는 구조 정보는 바이러스 입자의 저온 전자 단층 촬영(ET)과 PFV Env13의 9Å 저온 전자 현미경(EM) 재구성으로 제한되며, 이는 연동된 육각형 어셈블리로 배열된 LP-SU-TM 삼량체를 나타냅니다. 14, HIV Env 삼량체와는 다른 아키텍처를 가지고 있습니다15.

헤파란 설페이트(HS)는 PFV 및 고양이 FV16,17의 부착 인자이지만 FV Env에 의한 막 융합을 유발하는 표면 또는 세포내 수용체에 대한 요구 사항은 아직 불분명합니다. 수용체에 대한 검색은 세포에서 편재적으로 발현되는 HS에 FV가 결합하여 잠재적인 진입 수용체 후보가 가려짐으로써 복잡해졌습니다. 폴리펩티드 사슬의 두 개의 불연속 영역으로 구성된 이분 RBD는 세포 결합에 대한 재조합 SU 절단 패널을 스크리닝하여 확인되었습니다18. RBD는 또한 감염된 인간의 중화 항체의 주요 표적인 것으로 나타났습니다19,20.

FV Env는 13개 이상의 예상 N-연결 글리코실화 부위로 심하게 글리코실화되어 있습니다. 돌연변이 분석을 통해 이러한 N 부위 중 3개가 PFV 감염성에 필수적이라는 사실이 밝혀졌습니다. 2개는 TM 하위 단위에 있고 1개는 RBD에 있습니다. 글리코실화 부위 8 또는 N821로 불리는 후자 부위는 FV 서브패밀리 전반에 걸쳐 보존되며 수용체에 결합하는 데 직접적인 역할을 하는 것으로 제안되었습니다18(예측된 N-연결 글리코실화 부위의 명명법을 구별하기 위해(N1에서 N1까지) N15) 아스파라긴(N)의 단일 문자 기호에서 전자에 밑줄을 그어 본문 전체에 표시합니다. 숙주 세포와의 RBD 상호작용의 나머지 분자 결정인자는 주로 구조적 정보의 부족으로 인해 파악하기 어려운 상태로 남아 있으며, 이로 인해 돌연변이 유발 및 기능 분석에 대한 합리적인 접근이 불가능합니다. FV RBD의 고해상도 구조, Env 트리머 내의 RBD 조직에 관한 구조 정보 및 RBD가 Env 활성화에 기여하는 방식은 제공되지 않습니다.

105 Å2) for their Cα atoms (Fig. S2). Electron density was observed for the 8 predicted N-glycosylation sites (Fig. 1c), allowing the modeling of at least one N-acetyl glucosamine (NAG) at each site (Fig. 2 and Fig. S3a)./p>95% sequence identity). The SUvar is located within the upper subdomain and encompasses loops L1-L4 (residues 282-487 in GII RBD; Figs. S6 and S7)./p>30%. Significant deviations were found only in the loops within the SUvar. The Template Modeling score (TM-score), which is, unlike the rmsd, a length-independent measure of structural similarity27 has the average value of 0.89 for the 11 compared structures. The AF2 model of the GII RBD and our experimentally determined structure of the same strain superimpose with a TM-score of 0.96 and rmsd of 1.5 Å for 320 out of 328 Cα atoms aligned, confirming the high accuracy of the AF2 model. A ‘common core’ (CC), which includes the ensemble of residues with Cα rmsd values smaller than 4 Å for all the pairwise superpositions, was calculated by the mTM-align webserver28. The CC of the FV RBD contains 239 out of 308 aligned residues (Fig. S9a), with most CC residues belonging to the secondary structure elements forming the lower subdomain. The loops in the upper subdomain are largely not a part of the CC (Fig. S9)./p>