[論文レビュー] Feline coronaviruses associated with feline infectious peritonitis have modifications to spike protein activation sites at two discrete positions

Beth N. Licitra, Kelly L. Sams+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2014

Animal Virus Infections Studies参考文献 33被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、猫伝染性腹膜炎ウイルス（FIPV）において、マクロファージへの tropism と全身への拡散を可能にする重要な突然変異を示す、フェネスコロナウイルス（FCoV）スパイクタンパク質における2つの異なるプロテアーゼ切断部位を同定した。主にS1/S2およびS2'部位において、塩基性／極性アミノ酸が非極性脂肪族または芳香族アミノ酸に置き換わる突然変異が生じており、これはウイルスのプロテアーゼ活性化を変化させ、FIPの病原性を促進すると考えられる。

ABSTRACT

Feline infectious peritonitis (FIP) is associated with mutations in the feline coronavirus (FCoV) genome that are thought to convert the subclinical feline enteric coronavirus (FECV) into the lethal feline infectious peritonitis virus (FIPV). A key feature of FIPV, not shared with FECV, is the productive infection of macrophages. Therefore mutations in proteins that govern cell tropism, such as the spike glycoprotein, may play an important role in FIP progression. In a prior study, involving a limited number of samples, we have shown an association of FIP with mutations in the protease cleavage-activation site located between the receptor-binding and fusion domains of the FCoV spike (S1/S2). Here, we extend these studies to investigate a larger sample set and to obtain a more refined analysis of the mutations at this S1/S2 site. Our larger data set more clearly shows that the mutations acquired by FIPV at S1/S2 are also accompanied by additional mutations at a second protease cleavage-activation site located in the fusion domain (S2'), adjacent to the viral fusion peptide. Overall, our data indicate a pattern of mutations across the two protease recognition sites that results in substitutions, and/or altered recognition, of critical basic/polar amino acid residues needed for virus activation in the enteric tract. Typically, FIPVs have substitutions of non-polar, aliphatic or aromatic residues in the protease recognition sites. These changes likely modulate the proteolytic activation of the virus and its ability to productively infect macrophages in vivo.

研究の動機と目的

• フェネスコロナウイルス（FIP）の病原性におけるスパイクタンパク質の突然変異の役割を調査すること。
• FCoVスパイクタンパク質のプロテアーゼ切断部位における突然変異が、フェネスエントロウイルス（FECV）からFIPVへの移行と相関しているかどうかを特定すること。
• S1/S2およびS2'活性部位におけるアミノ酸変化の構造的・機能的影響を、ウイルスのトロピズムおよび感染能に分析すること。
• これらの部位における塩基性／極性アミノ酸の変化が、プロテアーゼ活性化およびマクロファージ感染に与える影響を明確にすること。

提案手法

• スパイクタンパク質のS1/S2およびS2'切断部位における突然変異を同定するため、より大きなFCoVゲノムデータセットを分析すること。
• FIPVおよびFECV株の比較的配列アラインメントにより、プロテアーゼ認識モチーフにおける繰り返し発生するアミノ酸置換を同定すること。
• 特に活性化に重要な塩基性／極性アミノ酸に注目し、置換がプロテアーゼ認識に与える影響をバイオインフォマティクス的評価すること。
• 切断部位の可及性およびコンformational ダイナミクスの変化を評価するため、スパイクタンパク質ドメインの構造モデリングを実施すること。
• FIPにおけるマクロファージトロピズムおよび病態進行と突然変異パターンの相関を検証すること。
• 系統発生的および配列保存性解析を用いて、病原性突然変異と自然変異を区別すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FIPV株は、FECVと比較して、スパイクタンパク質のS1/S2およびS2'プロテアーゼ切断部位において一貫して突然変異を示すか？
• RQ2 これらの部位におけるアミノ酸置換が、スパイクタンパク質のプロテアーゼ活性化にどのように影響するか？
• RQ3 S1/S2およびS2'部位において、塩基性／極性アミノ酸が非極性脂肪族または芳香族アミノ酸に置き換わることの機能的影響は何か？
• RQ4 観察された突然変異は、FIPにおけるマクロファージトロピズムおよび全身感染の増強と関連しているか？
• RQ5 両方の切断部位における突然変異が、FIPV病原性の発現に相乗的に作用しているか？

主な発見

• FIPV株は、FECVと比較して、S1/S2およびS2'プロテアーゼ切断部位において一貫してアミノ酸置換を示す。
• 突然変異は、主に切断モチーフの重要な位置において、塩基性または極性アミノ酸が非極性脂肪族または芳香族アミノ酸に置き換わる。
• これらの置換は、宿主プロテアーゼによる認識の変化を予測し、スパイクタンパク質の活性化およびウイルス感染能の調整を促進すると考えられる。
• S1/S2およびS2'部位の両方が、FIPVにおいて選択的圧力を受けていることから、マクロファージトロピズムに向けた協調的な進化的適応が示唆される。
• 突然変異のパターンは、スパイクタンパク質の処理様式の機能的転換を示しており、全身への拡散および病原性の発現を可能にする。
• データは、FECVからFIPVに移行するにあたり、スパイクタンパク質における二重部位の突然変異が特徴的であるというモデルを支持している。