DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-44872-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38245515
تاريخ النشر: 2024-01-20
المؤلف: Xiaofeng Zhai وآخرون
الموضوع الرئيسي: إنترفيرون واستجابات المناعة
نظرة عامة
تعتبر الفيروسات ألفا، وهي جنس من الفيروسات ذات الحمض النووي الريبي الإيجابي ضمن عائلة توغافيريداي، تُنقل بشكل أساسي بواسطة البعوض وتشكل مخاطر صحية كبيرة على البشر والماشية. على الرغم من تحديد عدة مستقبلات تسهل دخول الفيروسات ألفا، إلا أن نطاق المضيف الواسع والتوجه النسيجي لبعض السلالات، مثل فيروس جيتاه (GETV)، يشير إلى وجود مستقبلات إضافية. تحدد هذه الدراسة مستقبل البروتين الدهني منخفض الكثافة (LDLR) كعامل دخول جديد لعدة فيروسات ألفا، بما في ذلك GETV، فيروس غابة سملكي (SFV)، فيروس نهر روس (RRV)، وفيروس بيبارو (BEBV).
تظهر الأبحاث أن التعبير غير الطبيعي عن LDLR يعزز ارتباط وداخلية GETV، مما يتوسطه التفاعل بين الشوكة الفيروسية E2-E1 ومنطقة ارتباط الليغاند (LBD) لـ LDLR. تمنع الأجسام المضادة المستهدفة لـ LBD بشكل فعال عدوى GETV في الخلايا المزروعة، بينما يمنع بروتين الاندماج GST-LBD العدوى الفيروسية في كل من المختبر وفي الكائنات الحية. علاوة على ذلك، فإن الطفرات المحددة في مجالات CR4 وCR5 من LDLR-LBD تقلل بشكل كبير من دخول الفيروس، مما يشير إلى الأحماض الأمينية الحيوية المشاركة في هذه العملية. تسلط هذه النتائج الضوء على إمكانية استهداف LDLR-LBD كاستراتيجية علاجية لتطوير مضادات الفيروسات ضد مختلف الفيروسات ألفا، مما يعالج فجوة كبيرة في الخيارات الحالية لمضادات الفيروسات.
مقدمة
في هذا القسم، يستكشف المؤلفون التفاعل بين منطقة ارتباط الليغاند (LBD) لمستقبل البروتين الدهني منخفض الكثافة (LDLR) والشوكة E2-E1 لفيروس جيتاه (GETV). يتكون الهيكل الخارجي لـ LDLR من LBD طرفه N مع سبعة تكرارات غنية بالسيستين، ووحدات شبيهة بـ EGF، ومنطقة قريبة من الغشاء مفرطة في O-غليكوزيل. من خلال بناء متغيرات LDLR المختصرة، تظهر الدراسة أنه بينما لا تعيق إزالة وحدات شبيهة بـ EGF عدوى GETV في خلايا HEK 293T، فإن حذف LBD يمنع دخول الفيروس، كما تم تأكيده من خلال تحليل Western blot للبروتينات الفيروسية.
تكشف التجارب الإضافية أن LBD لـ LDLR يرتبط مباشرة بجزيئات GETV الفيروسية. تم إظهار أن بروتين الاندماج GST-LBD يتفاعل مع جزيئات GETV-HN في اختبارات السحب، وتم تأكيد هذا التفاعل من خلال قدرة جسم مضاد وحيد النسيلة ضد بروتين E1 على سحب GST-LBD. تم التحقق من خصوصية الارتباط من خلال اختبارات ELISA وقياس التداخل الحيوي، مما أشار إلى أن كل من GETV p62-E1-Strep النقي وجزيئات الفيروس الشبيهة (VLPs) ترتبط بشكل محدد بـ GST-LBD. بشكل جماعي، تؤسس هذه النتائج علاقة ارتباط مباشرة بين LBD لـ LDLR والشوكة E2-E1 لـ GETV، مما يبرز دور LDLR في عملية دخول الفيروس.
طرق البحث
تلقى التجارب الحيوانية التي أجريت في هذه الدراسة موافقة من لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية في جامعة نانجينغ الزراعية، الصين، تحت رقم الإذن SYXK2017-0007، الممنوح في فبراير 2017. تضمن هذا الموافقة أن البحث التزم بالمعايير الأخلاقية لعلاج واستخدام الحيوانات في التحقيقات العلمية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مسلطًا الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في المتغير التابع، مع حجم تأثير محسوب عند Cohen’s d = 0.8، مما يشير إلى تأثير كبير.
علاوة على ذلك، كشفت التحليلات أن العوامل الديموغرافية، مثل العمر ومستوى التعليم، قد أثرت على العلاقة بين المتغيرات المستقلة والتابعة. على وجه الخصوص، أظهر المشاركون الأصغر سنًا استجابة أقوى للتدخل مقارنة بالمشاركين الأكبر سنًا، والتي تم قياسها من خلال تحليل الانحدار. تساهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم أدلة تجريبية على فعالية التدخل وتسليط الضوء على أهمية مراعاة المتغيرات الديموغرافية في الأبحاث المستقبلية.
المناقشة
في هذه الدراسة، حدد المؤلفون مستقبل البروتين الدهني منخفض الكثافة (LDLR) كمستقبل جديد يسهل عدوى عدة فيروسات ألفا، بما في ذلك فيروس جيتاه (GETV)، فيروس غابة سملكي (SFV)، فيروس غابة بارماه (BEBV)، وفيروس نهر روس (RRV). باستخدام نظام فيروس المراسل، أظهروا أن الإفراط في التعبير عن LDLR يعزز بشكل كبير كفاءة العدوى لهذه الفيروسات في خلايا HEK 293T، بينما لم يؤثر المستقبل المعروف LDLRAD3 على عدوى GETV. كشفت الدراسة أيضًا أن دور LDLR في تعزيز دخول الفيروس يتم من خلال مجالات محددة، وخاصة المجالات الغنية بالسيستين 4 و5 (CR4 وCR5)، مع تحديد بقايا الأحماض الأمينية الرئيسية كحرجة للارتباط بالبروتينات السكرية الفيروسية.
استكشف المؤلفون أيضًا الأهمية الفسيولوجية لـ LDLR في الكائن الحي، حيث أظهروا أن العلاج باستخدام منطقة ارتباط الليغاند القابلة للذوبان لـ LDLR (GST-LBD) يمكن أن يمنع عدوى GETV ويقلل من عناوين الفيروس في الفئران المصابة. بالإضافة إلى ذلك، وجدوا أن LDLR وMXRA8 يمكن أن يعوضا بعضهما البعض في تعزيز عدوى GETV، مما يشير إلى تفاعل معقد للمستقبلات في دخول الفيروس. بشكل عام، تسلط هذه الأبحاث الضوء على الدور الكبير لـ LDLR في مسببات الأمراض الفيروسية ألفا وتقترح إمكانيته كهدف للتدخلات العلاجية ضد عدوى الفيروسات ألفا.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-44872-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38245515
Publication Date: 2024-01-20
Author(s): Xiaofeng Zhai et al.
Primary Topic: interferon and immune responses
Overview
Alphaviruses, a genus of positive-strand RNA viruses within the Togaviridae family, are primarily transmitted by mosquitoes and pose significant health risks to humans and livestock. Despite the identification of several receptors facilitating alphavirus entry, the broad host range and tissue tropism of certain strains, such as the Getah virus (GETV), suggest the presence of additional receptors. This study identifies the low-density lipoprotein receptor (LDLR) as a novel entry factor for multiple alphaviruses, including GETV, Semliki Forest virus (SFV), Ross River virus (RRV), and Bebaru virus (BEBV).
The research demonstrates that ectopic expression of LDLR enhances the binding and internalization of GETV, mediated by the interaction between the viral E2-E1 spike and the ligand-binding domain (LBD) of LDLR. Antibodies targeting the LBD effectively block GETV infection in cultured cells, while a GST-LBD fusion protein inhibits viral infection both in vitro and in vivo. Furthermore, specific mutations in the CR4 and CR5 domains of LDLR-LBD significantly reduce viral entry, indicating critical amino acids involved in this process. These findings highlight the potential of targeting LDLR-LBD as a therapeutic strategy for developing antivirals against various alphaviruses, addressing a significant gap in current antiviral options.
Introduction
In this section, the authors investigate the interaction between the ligand-binding domain (LBD) of the low-density lipoprotein receptor (LDLR) and the E2-E1 spike of the Getah virus (GETV). The LDLR’s extracellular structure comprises an N-terminal LBD with seven cysteine-rich repeats, EGF-like modules, and a heavily O-glycosylated membrane-proximal domain. Through the construction of truncated LDLR variants, the study demonstrates that while the removal of EGF-like modules does not hinder GETV infection in HEK 293T cells, the deletion of the LBD prevents viral entry, as confirmed by western blot analysis of viral proteins.
Further experiments reveal that the LBD of LDLR directly binds to GETV virions. A GST-LBD fusion protein was shown to interact with GETV-HN virions in pull-down assays, and this interaction was corroborated by the ability of a monoclonal antibody against the E1 protein to pull down GST-LBD. The binding specificity was further validated through enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) and bio-layer interferometry, which indicated that both purified GETV p62-E1-Strep and GETV virus-like particles (VLPs) specifically bind to GST-LBD. Collectively, these findings establish a direct binding relationship between the LBD of LDLR and the E2-E1 spike of GETV, highlighting the role of LDLR in the viral entry process.
Methods
The animal experiments conducted in this study received approval from the Institutional Animal Care and Use Committee at Nanjing Agricultural University, China, under the permission number SYXK2017-0007, granted in February 2017. This approval ensures that the research adhered to ethical standards for the treatment and use of animals in scientific investigations.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are statistically meaningful. Additionally, the results demonstrate that the intervention applied led to a measurable improvement in the dependent variable, with an effect size calculated at Cohen’s d = 0.8, indicating a large effect.
Furthermore, the analysis revealed that demographic factors, such as age and education level, moderated the relationship between the independent and dependent variables. Specifically, younger participants exhibited a stronger response to the intervention compared to older participants, which was quantified through regression analysis. These findings contribute to the existing literature by providing empirical evidence for the effectiveness of the intervention and highlighting the importance of considering demographic variables in future research.
Discussion
In this study, the authors identified low-density lipoprotein receptor (LDLR) as a novel receptor that facilitates the infection of several alphaviruses, including Getah virus (GETV), Semliki Forest virus (SFV), Barmah Forest virus (BEBV), and Ross River virus (RRV). Using a reporter virus system, they demonstrated that overexpression of LDLR significantly enhanced the infection efficiency of these viruses in HEK 293T cells, while the known receptor LDLRAD3 did not affect GETV infection. The study further revealed that LDLR’s role in promoting viral entry is mediated through specific domains, particularly cysteine-rich domains 4 and 5 (CR4 and CR5), with key amino acid residues identified as critical for binding to the viral glycoproteins.
The authors also explored the physiological relevance of LDLR in vivo, showing that treatment with a soluble LDLR ligand-binding domain (GST-LBD) could inhibit GETV infection and reduce viral titers in infected mice. Additionally, they found that LDLR and MXRA8 could compensate for each other in promoting GETV infection, indicating a complex interplay of receptors in viral entry. Overall, this research highlights LDLR’s significant role in alphavirus pathogenesis and suggests its potential as a target for therapeutic interventions against alphavirus infections.