[논문 리뷰] Feline coronaviruses associated with feline infectious peritonitis have modifications to spike protein activation sites at two discrete positions

Beth N. Licitra, Kelly L. Sams외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 12. 12.

Animal Virus Infections Studies참고 문헌 33인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 고양이 전염성 코로나바이러스(Feline Coronavirus, FCoV)의 스플라이크 단백질에서 두 가지 구분되는 단백질분해효소 절단 부위를 규명하였으며, 이는 고양이 전염성 코로나바이러스성 염증병(Feline Infectious Peritonitis Virus, FIPV)에서 중요한 돌연변이를 겪어 매크로파지 침습성과 전신 확산을 가능하게 한다. 이러한 돌연변이는 주로 S1/S2 및 S2' 부위에서 기초성/극성 아미노산 잔기를 비극성 알킬 또는 방향족 아미노산으로 치환함으로써 발생하며, 바이러스의 단백질분해효소 활성화 방식을 변화시켜 FIP의 병원성 발생에 기여할 가능성이 있다.

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.

연구 동기 및 목표

• 고양이 전염성 코로나바이러스(Feline Infectious Peritonitis, FIP)의 병원성에서 스플라이크 단백질 돌연변이의 역할을 조사하기 위해.
• FCoV 스플라이크 단백질의 단백질분해효소 절단 부위에서의 돌연변이가 고양이 장코로나바이러스(Feline Enteric Coronavirus, FECV)에서 FIPV로의 전환과 관련이 있는지 규명하기 위해.
• S1/S2 및 S2' 활성 부위에서의 아미노산 변화가 바이러스의 침습성과 감염성에 미치는 구조적 및 기능적 영향을 분석하기 위해.
• 이 부위에서 기초성/극성 잔기의 변화가 단백질분해효소 활성화 및 매크로파지 감염에 미치는 영향을 명확히 하기 위해.

제안 방법

• 스플라이크 단백질의 S1/S2 및 S2' 절단 부위에서의 돌연변이를 규명하기 위해 더 큰 FCoV 게놈 데이터셋을 분석하기 위해.
• FIPV 및 FECV 임상 분리주에서의 유사한 아미노산 치환을 탐지하기 위해 비교적 시퀀스 정렬을 수행하기 위해.
• 기초성/극성 잔기가 활성화에 중요한 역할을 하므로, 치환의 단백질분해효소 인식에 미치는 영향을 생정보학적으로 평가하기 위해.
• 절단 부위의 접근성과 구조적 동역학 변화를 평가하기 위해 스플라이크 단백질 도메인의 구조 모델링을 수행하기 위해.
• FIP에서 매크로파지 침습성과 질병 진행 상황과의 연관성을 바탕으로 돌연변이 패atters를 분석하기 위해.
• 병원성 돌연변이와 자연적 변이를 구분하기 위해 계통발생학적 및 시퀀스 보존 분석을 활용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 FIPV 임상 분리주에서 FECV에 비해 스플라이크 단백질의 S1/S2 및 S2' 단백질분해효소 절단 부위에서 일관되게 돌연변이가 발생하는가?
• RQ2 이 부위에서 아미노산 치환이 스플라이크 단백질의 단백질분해효소 활성화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 S1/S2 및 S2' 부위에서 기초성/극성 잔기를 비극성 알킬 또는 방향족 잔기로 치환할 경우 기능적 영향은 무엇인가?
• RQ4 관찰된 돌연변이는 FIP에서 매크로파지 침습성과 전신 감염 증가와 관련이 있는가?
• RQ5 두 절단 부위에서의 돌연변이가 FIPV 병원성 유도에 상호작용적으로 기여하는가?

주요 결과

• FIPV 임상 분리주에서 FECV에 비해 S1/S2 및 S2' 단백질분해효소 절단 부위에서 일관되게 아미노산 치환이 발생한다.
• 이러한 돌연변이는 주로 절단 모티프의 중요한 위치에서 기초성 또는 극성 잔기를 비극성 알킬 또는 방향족 잔기로 치환하는 방식이다.
• 이러한 치환은 숙주 단백질분해효소의 인식을 변화시킬 것으로 예측되며, 이는 스플라이크 단백질의 활성화 및 바이러스 감염성 조절에 기여할 수 있다.
• S1/S2 및 S2' 부위는 FIPV에서 모두 선택 압력을 받고 있어 매크로파지 침습성에 대한 조율된 진화적 적응을 나타낸다.
• 돌연변이 패턴은 스플라이크 단백질 처리 방식의 功能적 전환을 시사하며, 이는 전신 확산과 병원성 유도에 기여한다.
• 데이터는 스플라이크 단백질의 이중 부위 돌연변이가 FECV에서 FIPV로의 발생을 상징하는 특징임을 뒷받침한다.