解析出非洲豬瘟病毒的高分辨率三維結構并揭示它的組裝機制

【資料簡介】

非洲豬瘟（African swine fever, ASF）于1921年在肯尼亞*被發現，是一種高度傳染性的豬病毒性疾病，依據強毒性的病毒分離株測得的死亡率接近％。在過去的十年中，ASF已傳播到高加索、俄羅斯聯邦和東歐的許多國家，這構成了進一步傳播的嚴重風險。在 2019年1月至2019年9月期間，26個國家向世界動物衛生組織（World Organization for Animal Health, OIE）通報了新的或正在發生的疫情：歐洲13個國家，亞洲10個國家，非洲3個國家。在沒有疫苗或治療方法的情況下，撲殺豬是控制疫情爆發的效方法，在2018 ～2019年間有超過3000萬頭豬被撲殺。據估計，ASF大流行給養豬業造成了20億美元的經濟損失。作為導致ASF的病毒，非洲豬瘟病毒（African swine fever virus, ASFV）在環境中穩定，可在豬之間快速有效地傳播。

ASFV靶向巨噬細胞，即主要存在于血液和骨髓中的單核細胞。在一項新的研究中，來自中國生物物理研究所、中國大學、中國農業、上海科技大學、清華大學和南開大學的研究人員從30～40天大的無特定病原體（specific pathogen-free, SPF）豬中 分離出豬骨髓細胞（PBM細胞），然后在原代PBM細胞中進行ASFV（從中國一個爆發ASF流行病的農場的豬脾樣本中分離出的毒株HLJ-2018）增殖，從細胞上清液中純化出細胞外ASFV病毒顆粒，然后用甲醛滅活這些病毒顆粒。他們利用低溫電鏡（cryo-EM）研究了這些純化 出的病毒顆粒。細胞外ASFV病毒顆粒的平均直徑為260～300 nm，比以前的觀察結果（大約200 nm）大得多，這可能是由于病毒顆粒不完整或在低溫電鏡觀察之前對樣品進行了脫水處理。相關研究結果近期發表在Science期刊上，論文標題為“Architecture of African swine fever virus and implications for viral assembly”。論文通訊作者為中國農業哈爾濱獸醫研究所所長步志高（Zhigao Bu），中國院士饒子和（Zihe Rao）和中國研究員王祥喜（Xiangxi Wang）。

像大多數核質大DNA病毒（NCLDV）一樣，ASFV病毒顆粒的大小（直徑250～500 nm）和潛在的柔性將它的結構解析分辨率限制在10Å（埃米，納米的十分之一）以下。在這項新的研究中，這些研究人員通過對43811個ASFV病毒顆粒進行均化處理，獲得了分辨率為8.8Å的二 十面體ASFV重建結構圖。該三維重建結構圖清楚地顯示了ASFV的所有五個層的結構，其中衣殼（第四層）的大直徑為250 nm，第三層是70Å厚的脂質雙層膜，它包裹著直徑180納米的核殼（第二層）。這三層呈現整體二十面體形態，大致遵循衣殼確定的輪廓。然而，由 于二十面體均化處理導致的某些結構特征的丟失，外層的外囊膜和內層的類核呈現較弱的密度。

結合以前的實驗觀察和這項研究中的結構分析以及這項研究中的發現，這些研究人員提出詳細的假設，以進一步理解ASFV衣殼組裝。首先，p49與膜結合的能力介導了五鄰體復合物停靠在內膜上，在那里，它招募殼粒（a）形成五鄰體核心，從而啟動組裝。這與巨型病毒 mivirvirus衣殼的體內組裝相一致，后者從五重頂點開始，逐步完成衣殼組裝。其次，具有兩個殼粒對（b-c和B-C）的骨架單元M1249L附著在五鄰體核心上，與此同時，這些骨架單元、五鄰體核心和p17可以在內膜上移動，從而增加了它們形成更高階組裝的機會。在p17的引導下，殼粒、骨架蛋白M1249L和p17有助于拉鏈結構的形成，這些拉鏈結構連接相鄰的五鄰體核心并逐漸構建多面體框架。伴隨多面體框架的形成，殼粒填充重對稱殼粒聚集體以完成衣殼組裝。在這種模型中，骨架蛋白M1249L充當構建衣殼框架的骨架，并確 定著衣殼的尺寸。與此相一致的是，在病毒PRD-1、PBCV-1和Bam35中也觀察到了具有類似功能的纖維狀蛋白，這表明了存在類似的組裝途徑。