基孔肯雅热的快照可以改善病毒性关节炎的治疗和预防

基孔肯雅病毒曾一度局限于东半球，自2013年以来，在加勒比地区发现携带该病毒的蚊子，已经感染了美洲100多万人。大多数感染者会出现发烧和关节疼痛，持续一周左右。但在多达一半的患者中，该病毒可导致严重的关节炎持续数月或数年。没有治疗方法可以防止短期感染持续进入慢性关节炎。

现在，研究人员已经发现了可以帮助阻止衰弱状况的信息。华盛顿大学圣路易斯医学院的一个研究小组拍摄了高分辨率的病毒图片，这些图片锁定在关节细胞表面的蛋白质上。研究中使用的蛋白质来自小鼠，但人们拥有相同的蛋白质，病毒以几乎相同的方式与小鼠和人类蛋白质相互作用。

这些结构于5月9日发表在Cell杂志上，以原子级细节展示了病毒和细胞表面蛋白如何结合在一起 - 数据有望加速设计药物和疫苗，以预防或治疗基孔肯雅病毒或相关病毒引起的关节炎。

“基孔肯雅关节炎非常突然发作，可能非常疼痛 - 人们几乎无法走动 - 我们没有任何具体的治疗或预防措施，”共同资深作者Michael S. Diamond，医学博士，博士，Herbert S. Gasser说。医学教授，分子微生物学，病理学和免疫学教授。

“现在我们拥有了这些新的结构，我们可以看到如何破坏病毒与其用于进入关节和其他肌肉骨骼组织细胞的蛋白质之间的相互作用，以阻止感染，”联合资深作者Daved Fremont补充说。博士，病理学和免疫学，生物化学和分子生物物理学以及分子微生物学教授。

基孔肯雅热及其堂兄弟 - Mayaro，Ross River和O'nyong-nyong病毒属于由蚊子传播并导致关节疼痛的甲病毒家族。近年来，这种病毒已经感染了全球越来越大的地区的人和动物。2018年，Diamond，Fremont及其同事，包括博士后研究员张荣博士，发现了基因组细胞外表面发现的蛋白质Mxra8，它是基孔肯雅和相关病毒进入细胞的分子手柄。小鼠，人类和其他物种。Mxra8的人类和小鼠版本是79%相同，基孔肯雅病毒以相同的方式与两个版本相互作用。病毒需要锁定蛋白质才能引起疾病;在老鼠中，

为了设计干扰附着的有效药物和疫苗，研究人员需要详细了解病毒和蛋白质之间的分子相互作用。弗里蒙特与研究生Katherine Basore(该论文的第一作者)和Arthur Kim合作，将可疑的病毒与细胞表面蛋白结合。研究人员在华盛顿大学的细胞成像中心使用了一种称为低温电子显微镜(cryo-EM)的技术，该技术于2018年安装了最先进的低温EM机器。

图像是使用基孔肯雅病毒样颗粒获得的 - 它具有病毒的形状但不能引起感染，因为它内部没有遗传物质 - 以及完全感染的基孔肯雅病毒。在临床试验中，病毒样颗粒正在作为基孔肯雅热的潜在疫苗进行评估。

为了可视化病毒如何与细胞表面蛋白质相互作用，研究人员首先将附着在蛋白质上的病毒颗粒快速冷冻。快速冷冻对于防止颗粒在实验过程中被破坏是必要的。然后，研究人员在样本中射出一束电子，映射到电子落在探测器上的位置，并利用计算机程序重建电子密度模式，从而重建与细胞表面蛋白结合的病毒颗粒的三维结构。

“我们的低温EM图可以让我们查看与Mxra8结合的整个病毒粒子，但不能以足够高的分辨率来确定精确的原子位置，”Basore说。“因此，除了我们自己的Mxra8晶体结构外，我们还使用了病毒成分的现有高分辨率X射线晶体结构来构建整个组件的原子模型。这使我们能够看到这些相互作用的全部范围，这些相互作用是X射线晶体学或单独的低温EM所无法实现的。“

高分辨率结构将有助于筛选实验药物，因为它们能够阻断关节细胞上蛋白质的附着，评估研究疫苗引发的抗体是否可能预防感染，并分析病毒突变是否会影响其毒力。