柯萨奇病毒A组6型构象表位的生物信息学研究

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目的:1.手足口病(Hand,foot,and mouth disease,HFMD)是由多种人肠道病毒引起的儿童常见传染病。柯萨奇病毒A组6型(Coxsackievirus A6,CV-A6)是引起手足口病的重要病原体之一。利用本实验室发展的人肠道病毒构象表位预测算法,对CV-A6的构象表位进行系统性地预测,并与柯萨奇病毒A组10型(Coxsackievirus A10,CV-A10)的构象表位进行对比,探索肠道病毒构象表位的分布规律。2.利用本地Nextstrain平台重构CV-A6进化树,探索构象表位在病毒分支进化过程中的作用,分析CV-A6的进化关系及其在中国的分布和时空传播规律。方法:1.从PDB和NCBI数据库中分别下载CV-A6(A颗粒)和CV-A10(A颗粒和成熟颗粒)结构蛋白的三维结构文件和氨基酸序列。利用MEGA X软件的MUSCLE工具和ESPript 3.0在线工具进行二级结构注释。利用Py Mo L软件绘制病毒衣壳表面结构图。利用实验室发展的人肠道病毒构象表位预测算法进行构象表位预测。通过查阅文献获得实验鉴定的构象表位,利用RIVEM绘制衣壳足迹图来评估预测准确性,同时分析抗体与构象表位之间的相互作用关系。2.从VIPR病毒数据库和NCBI Nucleotide数据库中检索并下载CV-A6的全基因组序列和结构蛋白VP1序列(915nt),并导入本地化部署的Nextstrain平台,搭建CVA6本地基因组和VP1数据库,利用Nextstrain平台的augur生物信息工具包分别构建CV-A6全基因组和VP1基于时间尺度的系统发育树。分析构象表位在CV-A6分支进化过程中的作用;分析CV-A6在中国的进化关系和时空传播规律。结果:1.CV-A6的构象表位在病毒衣壳表面呈现site 1、site 2和site 3三簇分布。Site 1位于峡谷北侧(north rim),包括VP1的BC环、EF环和HI环。Site 2位于puff区,主要包括VP2的EF环、VP1的GH环和C-端的部分残基。Site 3由两部分组成,一部分位于knob区,包括VP3的N-端上游和VP1的C-端部分残基组成,另一部分靠近三倍轴,由VP2和VP3的HI环构成。中和抗体1D5结合的构象表位以及线性表位P42、P59与site 1、site 2和site 3高度重叠,说明预测算法具有较高的准确性。2.CV-A6(A颗粒)和CV-A10(A颗粒)的构象表位分布高度一致,这种一致性超过了CV-A10两种颗粒状态(A颗粒和成熟颗粒)的一致性。但是,二者共享的构象表位中,保守的残基较少,提示构象表位残基的差异可能造成了CV-A6和CV-A10之间的血清型差异。3.CV-A6的系统发育树显示,除了原株Gdula,自1992年至2019年,全球CV-A6可划分为B1、B2、C1、C2、D1、D2和D3(包括D3a和D3b)七个分支。其中,D3分支为CV-A6流行的优势分支。VP1的S194T(GH环)和F261L(C-端)是D分支形成的关键氨基酸突变;VP2的V179I(EF环)是D2分支形成的关键氨基酸突变;VP2的I132V(EF环)和VP3的V49I(N-端)是D3分支形成的关键氨基酸突变。4.2013年前,中国主要流行CV-A6的D2分支和D3b分支;2013年之后,D3a分支成为中国流行的绝对优势分支。CV-A6在中国七大地理区域的传播路线图显示,CVA6总体上是从中国的华南、华东地区逐渐向华中、西南和华北等地区传播,然后在各地区间交叉传播,引发多地区的疫情。结论:1.CV-A6的构象表位与CV-A10一样,在衣壳表面呈site 1、site 2和site 3三簇分布。构象表位上的残基突变在病毒分支进化过程中具有重要作用。2.CV-A6的优势流行分支主要为D3,2013年之后中国主要流行分支为D3a。CVA6在中国的传播路线总体上是由南向北传播。
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