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风疹病毒(rubella virus,RuV)是披膜病毒科风疹病毒属的唯一成员,其感染引起的症状通常较轻,但妊娠女性感染会引起胎儿的先天性风疹综合症(Congenital rubella syndrome,CRS),导致胎儿畸形或死胎。疫苗接种是预防风疹的主要途径,近十年中疫苗的广泛使用在消灭风疹及CRS中发挥了重要作用。但在部分欠发达地区,由于经济、宗教及其它因素,风疹和CRS的感染及发病率仍较高,每年有超过100,000的婴儿感染RuV,因此风疹的防控形势依然严峻。 髓鞘少突胶质细胞糖蛋白(Myelin Oligodendrocyte Glycoprotein,MOG)是一种存在于中枢神经系统髓鞘最外层含量极微的髓鞘蛋白,在髓鞘的发育和形成过程中发挥重要作用。关于风疹与神经性疾病的关系很早就有报道,部分CRS患者同时患有严重的脱髓鞘症状,近来有研究表明MOG分子是RuV的细胞受体,然而其参与病毒入侵的机制尚不明确,本研究尝试阐明MOG分子参与风疹病毒入侵的作用机制。 本研究首先建立了研究风疹病毒膜融合的实验方法,并用该法验证了MOG分子在风疹病毒入侵宿主细胞过程中发挥重要作用。但同时发现MOG蛋白不与成熟的病毒粒子结合,表明MOG分子与病毒粒子E1蛋白的相互作用不发生在细胞表面;进一步研究发现,MOG分子可定位于细胞的早期内吞体中,而融合抑制实验表明风疹病毒的膜融合发生在中期内吞体(MVBs/ECV)中,因此推测与早期内吞体中MOG分子结合的是pH激发的E1构象。 体外表达E1蛋白并解析其晶体结构,结果显示E1蛋白呈融合后构象,这显然存在矛盾。SPR实验表明MOG蛋白与E1蛋白的相互作用是钙离子依赖的,同时发现二者的结合是钙离子浓度依赖的,且该浓度范围恰好与早期内吞体中钙离子浓度变化范围相一致,再次证明了E1蛋白与MOG分子的相互作用发生在早期内吞体中;氢离子(pH6.2)不影响E1蛋白与MOG蛋白的相互作用,因此,氢离子与钙离子相互调节,又分别调节配体的构象变化及受体的结合与解离。 解析MOG/E1复合物的结构发现,二者呈非对称性结合,MOG蛋白结合在E1三聚体的融合面上,E1蛋白三聚体的六个融合环或由于被遮挡或由于空间位阻效应均不足以插入内吞体膜中;二者的结合主要是由氢键和疏水作用力组成,比较MOG分子结合前后的构象差异,发现主要是CC环的变构在MOG/E1结合中起主要作用。 RuV的E1蛋白属Ⅱ型融合蛋白,Ⅱ型融合蛋白由融合前向融合后结构变构过程中识别了一个重要的中间态构象,该构象中结构域Ⅰ和Ⅱ形成一个稳定的三聚体核心,该核心结构稳定,且在中间态构象和融合后构象中不发生构象变化,因此推测与早期内吞体中MOG分子相互作用的是E1蛋白的中间态构象,由于在体外极不稳定,该构象更容易形成能量更低结构更稳定的融合后构象。 综上,本研发现了风疹病毒入侵细胞的机制。风疹病毒在侵入细胞后识别早期内吞体中MOG受体,E1蛋白与MOG分子以一种全新的模式相结合,E1蛋白的变构与受体结合由内吞体中氢离子和钙离子相互调节并协调完成。该融合激发模式同Ebola病毒有相似之处,但同时又有风疹病毒独有的特点。本研究为阐明风疹病毒的侵入机制提供了重要的理论依据。同时,也为风疹病毒的药物设计和疫苗研发提供了重要靶点。