解析出非洲猪瘟病毒的高分辨率三维结构并揭示它的组装机制

【资料简介】

非洲猪瘟（African swine fever, ASF）于1921年在肯尼亚*被发现，是一种高度传染性的猪病毒性疾病，依据强毒性的病毒分离株测得的死亡率接近％。在过去的十年中，ASF已传播到高加索、俄罗斯联邦和东欧的许多国家，这构成了进一步传播的严重风险。在 2019年1月至2019年9月期间，26个国家向世界动物卫生组织（World Organization for Animal Health, OIE）通报了新的或正在发生的疫情：欧洲13个国家，亚洲10个国家，非洲3个国家。在没有疫苗或治疗方法的情况下，扑杀猪是控制疫情爆发的效方法，在2018 ～2019年间有超过3000万头猪被扑杀。据估计，ASF大流行给养猪业造成了20亿美元的经济损失。作为导致ASF的病毒，非洲猪瘟病毒（African swine fever virus, ASFV）在环境中稳定，可在猪之间快速有效地传播。

ASFV靶向巨噬细胞，即主要存在于血液和骨髓中的单核细胞。在一项新的研究中，来自中国生物物理研究所、中国大学、中国农业、上海科技大学、清华大学和南开大学的研究人员从30～40天大的无特定病原体（specific pathogen-free, SPF）猪中 分离出猪骨髓细胞（PBM细胞），然后在原代PBM细胞中进行ASFV（从中国一个爆发ASF流行病的农场的猪脾样本中分离出的毒株HLJ-2018）增殖，从细胞上清液中纯化出细胞外ASFV病毒颗粒，然后用甲醛灭活这些病毒颗粒。他们利用低温电镜（cryo-EM）研究了这些纯化 出的病毒颗粒。细胞外ASFV病毒颗粒的平均直径为260～300 nm，比以前的观察结果（大约200 nm）大得多，这可能是由于病毒颗粒不完整或在低温电镜观察之前对样品进行了脱水处理。相关研究结果近期发表在Science期刊上，论文标题为“Architecture of African swine fever virus and implications for viral assembly”。论文通讯作者为中国农业哈尔滨兽医研究所所长步志高（Zhigao Bu），中国院士饶子和（Zihe Rao）和中国研究员王祥喜（Xiangxi Wang）。

像大多数核质大DNA病毒（NCLDV）一样，ASFV病毒颗粒的大小（直径250～500 nm）和潜在的柔性将它的结构解析分辨率限制在10Å（埃米，纳米的十分之一）以下。在这项新的研究中，这些研究人员通过对43811个ASFV病毒颗粒进行均化处理，获得了分辨率为8.8Å的二 十面体ASFV重建结构图。该三维重建结构图清楚地显示了ASFV的所有五个层的结构，其中衣壳（第四层）的大直径为250 nm，第三层是70Å厚的脂质双层膜，它包裹着直径180纳米的核壳（第二层）。这三层呈现整体二十面体形态，大致遵循衣壳确定的轮廓。然而，由 于二十面体均化处理导致的某些结构特征的丢失，外层的外囊膜和内层的类核呈现较弱的密度。

结合以前的实验观察和这项研究中的结构分析以及这项研究中的发现，这些研究人员提出详细的假设，以进一步理解ASFV衣壳组装。首先，p49与膜结合的能力介导了五邻体复合物停靠在内膜上，在那里，它招募壳粒（a）形成五邻体核心，从而启动组装。这与巨型病毒 mivirvirus衣壳的体内组装相一致，后者从五重顶点开始，逐步完成衣壳组装。其次，具有两个壳粒对（b-c和B-C）的骨架单元M1249L附着在五邻体核心上，与此同时，这些骨架单元、五邻体核心和p17可以在内膜上移动，从而增加了它们形成更高阶组装的机会。在p17的引导下，壳粒、骨架蛋白M1249L和p17有助于拉链结构的形成，这些拉链结构连接相邻的五邻体核心并逐渐构建多面体框架。伴随多面体框架的形成，壳粒填充重对称壳粒聚集体以完成衣壳组装。在这种模型中，骨架蛋白M1249L充当构建衣壳框架的骨架，并确 定着衣壳的尺寸。与此相一致的是，在病毒PRD-1、PBCV-1和Bam35中也观察到了具有类似功能的纤维状蛋白，这表明了存在类似的组装途径。