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Nature Communications | FcRn与HAstV相互作用揭示病毒入侵机制

Nature Communications | FcRn与HAstV相互作用揭示病毒入侵机制
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本研究首次解析了FcRn与HAstV1刺突结构域复合物的晶体结构,揭示了HAstV通过与FcRn结合入侵宿主的分子机制,并发现中和抗体和FcRn抑制剂可有效阻断该结合,为疫苗和抗体治疗开发提供理论基础。

 

文献概述
本文《Structure of the human astrovirus capsid spike in complex with the neonatal Fc receptor》,发表于《Nature Communications》杂志,回顾并总结了人类星状病毒(HAstV)与FcRn受体相互作用的分子机制研究,为病毒受体结合和中和抗体作用机制提供了关键结构和功能信息。

背景知识
HAstV是全球儿童病毒性胃肠炎的主要病原体之一,但其感染机制长期未明。近年来,FcRn被发现是HAstV的功能性受体,为研究病毒入侵提供了新方向。本研究通过X射线晶体学解析了FcRn与HAstV1刺突的复合结构,并结合多种突变实验和竞争结合分析,揭示了三个关键氨基酸残基在受体结合中的作用。同时,研究还评估了nipocalimab等抗体药物对HAstV结合FcRn的阻断效果,为开发抗病毒治疗手段提供理论支持。尽管已有研究利用细胞模型和类器官研究HAstV感染,但动物模型仍是研究瓶颈。本研究为后续疫苗研发和抗病毒药物筛选提供了新的分子靶点和研究框架,具有重要转化潜力。

 

FcRn抑制剂与抗体药物研发,支持中和抗体筛选和药物优化,提供全人源化抗体小鼠模型,加速抗体药物开发。

 

研究方法与实验
研究团队通过重组表达和纯化FcRn与HAstV1刺突蛋白,使用生物层干涉(BLI)和尺寸排阻色谱(SEC)评估其结合动力学和复合物形成。通过定点突变分析三个关键残基(K467、Y475、K514)在结合中的作用,并使用竞争结合实验评估IgG、HSA及nipocalimab对HAstV1刺突与FcRn结合的影响。此外,研究还测试了小鼠FcRn与HAstV1刺突的结合能力,以探索动物模型开发的可能性。

关键结论与观点

  • FcRn与HAstV1刺突在中性和弱酸性条件下均可结合,但弱酸性条件下亲和力更强
  • SEC分析显示FcRn与HAstV1刺突形成2:2复合物,与FcRn结合IgG的模式相似
  • 晶体结构揭示结合界面中三个高度保守的刺突残基(K467、Y475、K514)对结合FcRn至关重要
  • 突变分析显示,K467A、Y475A和K514A显著降低结合亲和力,三重突变体完全丧失结合能力
  • HAstV1刺突与IgG竞争结合FcRn,但与HSA可同时结合
  • 中和抗体2D9和3E8通过空间位阻阻断FcRn与刺突结合
  • 尽管HAstV1刺突可结合小鼠FcRn,但小鼠仍不支持病毒传播,提示存在其他限制因素

研究意义与展望
本研究首次揭示HAstV与FcRn结合的分子细节,为开发中和抗体和疫苗提供关键结构基础。未来可聚焦于FcRn在病毒生命周期中的具体作用(如脱壳或内吞体运输),并探索靶向该结合位点的广谱疫苗设计。此外,研究中和抗体与FcRn结合的交叉反应性,有助于理解抗体治疗机制并优化抗体开发策略。

 

提供FcRn基因编辑小鼠模型,用于病毒受体结合研究,支持基因功能验证及感染机制探索。

 

结语
本研究通过结构生物学和生化分析手段,系统揭示了HAstV刺突蛋白与FcRn的结合机制,支持FcRn作为HAstV感染的关键受体,并为中和抗体和小分子抑制剂的开发提供理论依据。研究还发现HAstV1刺突与小鼠FcRn结合,提示小鼠模型可能通过基因编辑改造用于HAstV研究。未来研究可进一步验证FcRn在HAstV感染中的体内作用,并探索靶向该结合位点的疫苗或治疗性抗体开发。

 

文献来源:
Adam Lentz, Sarah Lanning, Khurshid R Iranpur, Carlos F Arias, and Rebecca M DuBois. Structure of the human astrovirus capsid spike in complex with the neonatal Fc receptor. Nature Communications.