基孔肯雅病毒曾一度局限于東半球，自2013年以來，在加勒比地區(qū)發(fā)現(xiàn)攜帶該病毒的蚊子，已經(jīng)感染了美洲100多萬人。大多數(shù)感染者會出現(xiàn)發(fā)燒和關(guān)節(jié)疼痛，持續(xù)一周左右。但在多達(dá)一半的患者中，該病毒可導(dǎo)致嚴(yán)重的關(guān)節(jié)炎持續(xù)數(shù)月或數(shù)年。沒有治療方法可以防止短期感染持續(xù)進(jìn)入慢性關(guān)節(jié)炎。

現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了可以幫助阻止衰弱狀況的信息。華盛頓大學(xué)圣路易斯醫(yī)學(xué)院的一個研究小組拍攝了高分辨率的病毒圖片，這些圖片鎖定在關(guān)節(jié)細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)上。研究中使用的蛋白質(zhì)來自小鼠，但人們擁有相同的蛋白質(zhì)，病毒以幾乎相同的方式與小鼠和人類蛋白質(zhì)相互作用。

這些結(jié)構(gòu)于5月9日發(fā)表在Cell雜志上，以原子級細(xì)節(jié)展示了病毒和細(xì)胞表面蛋白如何結(jié)合在一起 - 數(shù)據(jù)有望加速設(shè)計藥物和疫苗，以預(yù)防或治療基孔肯雅病毒或相關(guān)病毒引起的關(guān)節(jié)炎。

“基孔肯雅關(guān)節(jié)炎非常突然發(fā)作，可能非常疼痛 - 人們幾乎無法走動 - 我們沒有任何具體的治療或預(yù)防措施，”共同資深作者M(jìn)ichael S. Diamond，醫(yī)學(xué)博士，博士，Herbert S. Gasser說。醫(yī)學(xué)教授，分子微生物學(xué)，病理學(xué)和免疫學(xué)教授。

“現(xiàn)在我們擁有了這些新的結(jié)構(gòu)，我們可以看到如何破壞病毒與其用于進(jìn)入關(guān)節(jié)和其他肌肉骨骼組織細(xì)胞的蛋白質(zhì)之間的相互作用，以阻止感染，”聯(lián)合資深作者Daved Fremont補(bǔ)充說。博士，病理學(xué)和免疫學(xué)，生物化學(xué)和分子生物物理學(xué)以及分子微生物學(xué)教授。

基孔肯雅熱及其堂兄弟 - Mayaro，Ross River和O'nyong-nyong病毒屬于由蚊子傳播并導(dǎo)致關(guān)節(jié)疼痛的甲病毒家族。近年來，這種病毒已經(jīng)感染了全球越來越大的地區(qū)的人和動物。2018年，Diamond，F(xiàn)remont及其同事，包括博士后研究員張榮博士，發(fā)現(xiàn)了基因組細(xì)胞外表面發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)Mxra8，它是基孔肯雅和相關(guān)病毒進(jìn)入細(xì)胞的分子手柄。小鼠，人類和其他物種。Mxra8的人類和小鼠版本是79%相同，基孔肯雅病毒以相同的方式與兩個版本相互作用。病毒需要鎖定蛋白質(zhì)才能引起疾病;在老鼠中，

為了設(shè)計干擾附著的有效藥物和疫苗，研究人員需要詳細(xì)了解病毒和蛋白質(zhì)之間的分子相互作用。弗里蒙特與研究生Katherine Basore(該論文的第一作者)和Arthur Kim合作，將可疑的病毒與細(xì)胞表面蛋白結(jié)合。研究人員在華盛頓大學(xué)的細(xì)胞成像中心使用了一種稱為低溫電子顯微鏡(cryo-EM)的技術(shù)，該技術(shù)于2018年安裝了最先進(jìn)的低溫EM機(jī)器。

圖像是使用基孔肯雅病毒樣顆粒獲得的 - 它具有病毒的形狀但不能引起感染，因為它內(nèi)部沒有遺傳物質(zhì) - 以及完全感染的基孔肯雅病毒。在臨床試驗中，病毒樣顆粒正在作為基孔肯雅熱的潛在疫苗進(jìn)行評估。

為了可視化病毒如何與細(xì)胞表面蛋白質(zhì)相互作用，研究人員首先將附著在蛋白質(zhì)上的病毒顆粒快速冷凍?？焖倮鋬鰧τ诜乐诡w粒在實驗過程中被破壞是必要的。然后，研究人員在樣本中射出一束電子，映射到電子落在探測器上的位置，并利用計算機(jī)程序重建電子密度模式，從而重建與細(xì)胞表面蛋白結(jié)合的病毒顆粒的三維結(jié)構(gòu)。

“我們的低溫EM圖可以讓我們查看與Mxra8結(jié)合的整個病毒粒子，但不能以足夠高的分辨率來確定精確的原子位置，”Basore說。“因此，除了我們自己的Mxra8晶體結(jié)構(gòu)外，我們還使用了病毒成分的現(xiàn)有高分辨率X射線晶體結(jié)構(gòu)來構(gòu)建整個組件的原子模型。這使我們能夠看到這些相互作用的全部范圍，這些相互作用是X射線晶體學(xué)或單獨的低溫EM所無法實現(xiàn)的。“

高分辨率結(jié)構(gòu)將有助于篩選實驗藥物，因為它們能夠阻斷關(guān)節(jié)細(xì)胞上蛋白質(zhì)的附著，評估研究疫苗引發(fā)的抗體是否可能預(yù)防感染，并分析病毒突變是否會影響其毒力。