Informatie

Aminozuursubstituties nabij de receptorbindingsplaats HA-eiwit in type A H3N2-influenzastammen?

Aminozuursubstituties nabij de receptorbindingsplaats HA-eiwit in type A H3N2-influenzastammen?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ik heb het wetenschappelijke artikel "Substitutions Near the Receptor Binding Site Bepaal Major Antigene Change While Influenza Virus Evolution" door Björn F. Koel et al (http://science.sciencemag.org/content/342/6161/976) gelezen.

In het artikel omvatten belangrijke posities voor influenza antigene drift posities 109-301, met speciale nadruk op sites 133, 144, 145, 155, 156, 158, 159, 189, 193.

Nergens in het artikel wordt echter specifiek vermeld welke posities deel uitmaken van de receptorbindingsplaats en welke er dichtbij zijn.

Het bereik (109-301) is een beetje breed omdat het aminozuurposities omvat die onbelangrijk zijn voor antigeniciteit. Ik zou graag een lijst willen hebben van alle zeer belangrijke AA-substituties (die zich in de buurt van de receptorbindingsplaats bevinden) om te betrekken bij een bio-informaticaproject. De lijst met speciale nadruk op aminozuurplaatsen omvat niet alle aminozuren die zich in de buurt van de bindingsplaats bevinden.

Om een ​​idee van het probleem over te brengen: als positie 155 belangrijk is, betekent dat dan dat positie 156 ook belangrijk is?

Ik weet niet of positie 156 als "dichtbij" de receptorbindingsplaats wordt beschouwd.

Alle hulp wordt op prijs gesteld.


Kort antwoord: Ja, 156 wordt over het algemeen beschouwd als "in de buurt van" de RBS, b.v. in dit document zie je het in kaart gebracht op de structuur.

Voor een meer algemeen antwoord moet je gaan zitten en staren naar 3D-modellen van hemagglutinines (er zijn er honderden in het VOB), net als de rest van ons. Antilichaambindingsplaatsen zijn niet zwart-wit en interacties tussen griep en antilichamen zijn enorm gecompliceerd. Wat in sommige contexten 'dichtbij' is, kan in andere contexten 'ver' zijn.

Mogelijk vindt u de Identificatievolgordefuncties in segmenten van de Influenza Research Database nuttig, met name de annotatie van hemagglutinine H3.

Houd er rekening mee dat het nummeren van aminozuren verwarrend kan zijn, omdat verschillende groepen verschillende startpunten kunnen gebruiken. Er is een vage overeenstemming over de "juiste" nummering, maar nogal wat groepen bewijzen het lippendienst en nummeren hun versie vervolgens zoals ze willen.


Achtergrond

Het griepvirus heeft nog steeds een grote impact op de wereldwijde gezondheid en is verantwoordelijk voor miljoenen gevallen van aandoeningen van de luchtwegen en honderdduizenden ziekenhuisopnames per jaar alleen al in de Verenigde Staten [1]. De envelopglycoproteïnen, hemagglutinine (HA) en neuraminidase (NA), bemiddelen respectievelijk aanhechting en afgifte van gastheercellen en zijn de primaire doelen van de beschermende antilichaam-gemedieerde immuunrespons. HA heeft functioneel gedefinieerde immunodominante antigene plaatsen die voornamelijk zijn toegewezen aan het globulaire domein van het glycoproteïne en de receptorbindingsplaats (RBS) omringen [2]. Circulerende influenzavirussen accumuleren geleidelijk HA-mutaties, voornamelijk op de antigene plaatsen die het doelwit zijn van neutraliserende antilichamen, en deze veranderingen maken het vaak mogelijk om te ontsnappen aan de door antilichaam gemedieerde geheugenimmuunrespons. Dit proces staat bekend als antigene "drift" en wordt waarschijnlijk aangedreven door selectie opgelegd door de heersende immuniteit in de gastheerpopulatie, wat resulteert in de noodzaak om de vaccinstammen periodiek bij te werken. Influenzavirus kan aan de antilichaamrespons ontsnappen door substituties die conformationele veranderingen in de antigene plaatsen (epitopen) induceren, waardoor de antilichaambinding wordt beperkt. Bovendien kan de modulatie van de aviditeit van virale HA-receptorbinding ook leiden tot antigene verandering en ontsnappen aan antilichaamneutralisatie [3, 4].

Veel van de antivirale geneesmiddelen die door de FDA zijn goedgekeurd of in ontwikkeling zijn voor de profylaxe of behandeling van een influenzavirusinfectie, richten zich op de HA- en/of NA-glycoproteïnen en ze omvatten NA-remmers (NAI's), monoklonale antilichamen (mAbs) en vaccins. De activiteit van deze geneesmiddelen en vaccins kan worden beïnvloed door veranderingen in de dynamische HA- en NA-moleculen die zijn geselecteerd door het klinische gebruik van deze therapeutische middelen. Influenzavirussen met aminozuursubstituties en/of deleties geassocieerd met verminderde gevoeligheid voor NAI's zijn bijvoorbeeld geïdentificeerd in celcultuurselectieonderzoeken, NAI-behandelde patiënten, evenals in circulerende virussen van onbehandelde individuen [5,6,7,8 ,9,10,11]. Genetische analyse toonde aan dat verminderde gevoeligheid voor NAI's geassocieerd is met mutaties in de virale NA- en/of HA-eiwitten en veel van deze mutaties staan ​​vermeld in de bijsluiters van NAI [12,13,14]. Hoewel de mechanistische basis voor NAI-behandelingsmutaties in HA nog moet worden gedefinieerd, is het waarschijnlijk dat hun voorspelde effect van het verlagen van de aviditeit van receptorbinding compenseert voor verminderde NA-activiteit [5,6,7,8,9,10,11] . Het verband tussen het ontsnappen van HA-antilichamen en het optreden van compenserende NA-mutaties die resulteren in het verwerven van verhoogde NAI-resistentie is gedocumenteerd [15]. Het is echter niet duidelijk of HA-mutaties geassocieerd met klinisch gebruik van NAI's correleren met verminderde immuunreactiviteit tegen anti-influenza-antilichamen. De huidige studie toont aan dat door NAI-behandeling optredende HA-mutaties kunnen resulteren in veranderde antigene profielen en mogelijk van invloed kunnen zijn op antilichaam-gemedieerde virusremming.


Auteur samenvatting

Grieppandemieën kunnen verwoestende gevolgen hebben, zoals de zogenaamde Spaanse griep in 1918 op dramatische wijze aantoonde. Dergelijke pandemieën worden veroorzaakt door dierlijke influenza A-virussen (IAV's) die voldoende zijn aangepast aan de mens. Deze aanpassing omvat onder meer een verandering in de receptorbindende eigenschappen van het virale hemagglutinine (HA). Sommige aviaire IAV's hebben al het vermogen verworven om via hun HA aan menselijke receptoren te binden. We bieden nieuwe inzichten in de evolutie van dergelijke virussen en verduidelijken een cruciale rol voor NA hierin. Deze studie zal naar verwachting bijdragen aan de tijdige herkenning van dierlijke virussen met een verhoogd zoönotisch potentieel.

Citaat: Du W, Wolfert MA, Peeters B, van Kuppeveld FJM, Boons GJ, de Vries E, et al. (2020) Mutatie van de tweede siaalzuurbindingsplaats van influenza A-virus neuraminidase drijft compenserende mutaties in hemagglutinine aan. PLoS Pathog 16(8): e1008816. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1008816

Editor: Daniel R. Perez, Universiteit van Georgia, VERENIGDE STATEN

Ontvangen: 27 maart 2020 Geaccepteerd: 16 juli 2020 Gepubliceerd: 27 augustus 2020

Auteursrechten: © 2020 Du et al. Dit is een open access-artikel dat wordt gedistribueerd onder de voorwaarden van de Creative Commons Attribution-licentie, die onbeperkt gebruik, distributie en reproductie in elk medium toestaat, op voorwaarde dat de oorspronkelijke auteur en bron worden vermeld.

Beschikbaarheid van data: Alle relevante gegevens bevinden zich in het manuscript en de ondersteunende informatiebestanden.

Financiering: W.D. werd ondersteund door een persoonlijke beurs van de Chinese Scholarship Council (dossiernummer 201603250057). C.A.M.d.H. werd ondersteund door de Mizutani Foundation for Glycoscience. De financiers hadden geen rol bij het ontwerp van de studie, het verzamelen en analyseren van gegevens, de beslissing om het manuscript te publiceren of de voorbereiding van het manuscript.

Concurrerende belangen: De auteurs hebben verklaard dat er geen concurrerende belangen bestaan.


Invoering

Influenza A-virus (IAV) blijft bestaan ​​in menselijke populaties door voortdurend te evolueren om aan groepsimmuniteit te ontsnappen. Beschermende immuniteit wordt voornamelijk gemedieerd door neutraliserende antilichamen (Abs) die specifiek zijn voor het virale oppervlakteglycoproteïne hemagglutinine (HA). HA bemiddelt zowel aanhechting van doelwitcellen, door het binden van terminale siaalzuren (SA) aan celmembraancomponenten, en fusie tussen virale en celmembranen na internalisatie van virion. Neutraliserende Abs richten zich voornamelijk op de vijf zeer variabele immunodominante antigene plaatsen op het bolvormige kopdomein van HA, en blokkeren ofwel HA-gemedieerde hechting of fusie [1-4]. Virussen kunnen aan neutralisatie ontsnappen door aminosubstituties in HA die de antilichaamaffiniteit en/of -functie verminderen. De fitnesskosten die worden opgelegd door Ab-ontsnapping en de mechanismen waarmee het virus compenseert, blijven slecht begrepen, maar spelen een centrale rol bij het beheersen van HA-antigeenevolutie [5,6].

Influenzavirus ontsnapt uit neutraliserend antilichaam via een aantal gedefinieerde mechanismen waarbij HA-mutaties betrokken zijn. De eenvoudigste is een aminozuursubstitutie in een verwante epitoop die de antilichaamaffiniteit vermindert [2]. Minder vaak kunnen substituties op afstand de antilichaambinding beïnvloeden via allosterische effecten op de toegang van antilichamen tot zijn epitoop [7-9]. Aminozuursubstituties in de siaalzuurreceptorplaats of andere gebieden van het globulaire domein die de affiniteit voor cellulaire SA-receptoren verhogen, maken Ab-ontsnapping mogelijk door het bindingsevenwicht te verschuiven naar virusbinding aan cellen versus antilichaam [10–13]. De meest drastische veranderingen in de algehele antigeniciteit zijn meestal het gevolg van aminozuursubstituties die een N-gebonden glycosyleringsplaats in het bolvormige domein creëren, aangezien het aangehechte glycaan de binding van Abs aan meerdere plaatsen sterisch kan blokkeren [5,14-19].

Het vermogen van virussen om deze ontsnappingsroutes te benutten, wordt beperkt door hun kosten voor virale fitness. De sialinezuurreceptorbindingsplaats is genesteld tussen de immunodominante antigene plaatsen en ontsnappingssubstituties veranderen vaak de virale fitheid door de HA-receptorbindingsaviditeit te veranderen. Aminozuursubstituties die de netto lading van het globulaire domein veranderen, veranderen typisch de aviditeit van celbinding [13,20]. We hebben eerder aangetoond dat selectie van substituties die N-gekoppelde glycosyleringsplaatsen binnen het globulaire domein toevoegen om te ontsnappen aan antilichaamneutralisatie, vaak de aviditeit van de receptor vermindert [5]. Receptoraviditeit en HA-antigeniteit zijn dus nauw met elkaar verbonden en moeten continu in evenwicht worden gehouden om fit te blijven tijdens antigene evolutie [13,21].

Hier gebruiken we de primerID-methode voor foutcorrigerende viruspopulatiesequencing om een ​​verrassende nieuwe rol voor N-gekoppelde glycosylering te onthullen bij het vergemakkelijken van IAV-immuunontsnapping. Naast zijn canonieke rol bij het blokkeren van Ab-binding, laten we zien dat glycosylering ook de fitnesskosten kan compenseren die worden opgelegd door ontsnappingssubstituties elders op HA, waardoor de levensvatbaarheid en het daaropvolgende opkomstpotentieel van Ab-escape-varianten wordt vergroot.


Resultaten

Genetische karakterisering van HA van H9N2-influenzavirussen geïsoleerd in China in 1994�

De genetische relaties van de virussen uit verschillende jaren en districten werden geanalyseerd door HA-genen van 92 virussen verzameld in levende pluimveemarkten (LPM's) in 1994-2013-2017 uit negen provincies (Guangdong, Liaoning, Jiangsu, Shandong, Guangxi, Shanxi, Hainan, Henan en de provincie Fujian) in China (de toegangsnummers waren MT561774–MT561865 Aanvullende tabel 1). De HA-genen van deze virussen deelden 79,1'201396,8% en 72,9'201397,9% overeenkomst met SS94 op nucleotideniveau en aminozuurniveau. De splitsingsmotieven van HA-genen waren PSRSSR'x2193GL, wat aangeeft dat deze virussen een lage pathogeniteit hadden bij kippen.

Een fylogenetische boom van HA-genen van H9N2-virussen werd gegenereerd door MEGA7 met behulp van een Maximum Likelihood-methode (Figuur 1). De resultaten toonden aan dat 92 virussen waren geclusterd in 4 clades. Virussen 7 en 12, geïsoleerd in 1999 en 2000, behoorden tot clade h9.4.2.1. Virussen SS94 en 4, geïsoleerd in 2000, bevonden zich in clade h9.4.2.3. Virussen 2, 48, 49, 57, 58, 83, 135, 194, 232, 282, 308, 335, SX10, BD2011 en FX13, geïsoleerd in 2000�, bevonden zich in clade h9.4.2.4. De andere 74 virussen die in 2013� werden geïsoleerd, vielen in clade h9.4.2.5.

Figuur 1. Fylogenetische analyse van het HA-gen van 92 H9N2 aviaire influenzavirussen op basis van nucleotiden (nt) 34𠄱.716. De sequenties werden uitgelijnd door ClustalW. De boom is gegenereerd met 1.000 bootstrap-replica's door MEGA 7 met behulp van een Maximum Likelihood-methode. De ononderbroken rode cirkel geeft het SS94-virus aan. Stevige rode driehoeken geven andere H9N2-virussen aan die in dit onderzoek zijn gebruikt.

Receptorbindende kenmerken van H9N2-virussen

Om het receptorbindende kenmerk van verschillende clades van H9N2-virussen te illustreren, werd het receptorbindende vermogen van alle H9N2-virussen geanalyseerd door middel van directe ELISA in de vaste fase, en de resultaten werden vergeleken met die van SS94. Eerst analyseerden we die receptorbindende tropisme door middel van vaste-fase bindingsassays met behulp van een aviaire H5N1-influenzavirusisolaat A/Duck/Guangdong/383/2008 (H5N1) (dk383-H5N1) en een humaan pandemisch influenzavirusisolaat A/Guangdong/ 776/2015 (H1N1) (hu776-H1N1) als de controle die typisch aviaire of humane receptorbindend tropisme (HRBT) vertoonde (figuren 2A, B). De resultaten toonden aan dat SS94 zwak bindt aan aviaire of humane receptoranalogen (Figuur 2C), wat aangeeft dat H9N2-virussen die vroeg werden geïsoleerd dubbel receptorbindend tropisme (DRBT) vertoonden. Een virus met een hoger bindingsvermogen om aan vogelreceptoren te binden dan SS94 werd beschouwd als een sterk tropisme van vogelreceptoren. Evenzo werd een virus met het hogere bindingsvermogen aan menselijke receptoren dan dat van SS94 beschouwd als een sterk tropisme van menselijke receptoren. Een virus met een lager bindingsvermogen aan menselijke of vogelreceptoren dan SS94 werd als zwak tropisme beschouwd.

Figuur 2. Analyse van receptorbindend vermogen van SS94. (EEN) Receptorbindend vermogen van dk383-H5N1. (B) Receptorbindend vermogen van hu776-H1N1. (C) Receptorbindend vermogen van SS94. Het bindingsvermogen van de virussen aan twee verschillende gebiotinyleerde glycanen (3′-sialyl-N-acetyllactosamine, 3′-SLN, weergegeven in blauw 6′-sialyl-N-acetyllactosamine, 6′-SLN, weergegeven in rood ) werden gedetecteerd en virussen werden geanalyseerd in een concentratie van 7,8, 15,6, 31,25, 62,5, 125, 250, 500 en 1.000 ng/ml. Elk experiment werd twee keer uitgevoerd en de absorptiewaarde werd afgelezen bij 450 nm. Het aviaire H5N1-influenzavirus A/Duck/Guangdong/383/2008 (H5N1) (dk383-H5N1) en een humaan pandemisch influenzavirusisolaat A/Guangdong/776/2015 (H1N1) (hu776-H1N1) werden gebruikt als typische aviaire en menselijke tropismecontrole. Het H9N2-virus, A/chicken/Guangdong/SS/1994 (SS94), werd gebruikt als een viruscontrole in een vroeg stadium. Het receptorbindende vermogen van het virus werd uitgedrukt als gemiddelde ± SD.

Virussen met sterke tropismen van vogels en mensen werden geclassificeerd als hebbende DRBT, die met slechts één sterk tropisme werden geclassificeerd als hebbende aviaire receptor-bindend tropisme (ARBT) of HRBT. Virussen met twee zwakke tropismen werden geclassificeerd als zwak receptorbindend tropisme (WRBT). De ELISA-resultaten toonden aan dat twee virussen ARBT vertoonden (figuur 3), 40 virussen DRBT vertoonden (figuur 4 en aanvullende figuur 1), 36 virussen HRBT vertoonden (figuur 5 en aanvullende figuur 2) en de andere 14 virussen WRBT vertoonden (figuur 6). ).

Figuur 3. Analyse van receptorbindend vermogen van H9N2-virussen met aviaire receptorbindend tropisme (ARBT). Virussen met een sterker aviaire receptorbindend vermogen maar een zwakker humane receptorbindend vermogen dan de SS94 worden geclassificeerd als ARBT. Receptorbindende eigenschappen van verschillende H9N2-virussen [aangeduid als panelen (A,B)] werden getest door middel van vaste-fase ELISA. Het vermogen om virus te binden werd gemeten door twee verschillende receptoranalogen: 3'2032-SLN (weergegeven in blauw) en 6'2032-SLN (weergegeven in rood). Elk experiment werd twee keer uitgevoerd en uitgedrukt als gemiddelde ± SD.

Figuur 4. Analyse van receptorbindend vermogen van H9N2-virussen met dubbel receptorbindend tropisme (DRBT). Virussen met een sterker aviaire receptor-bindend vermogen en humane receptor-bindend vermogen dan de SS94 worden geclassificeerd als DRBT. Receptorbindende eigenschappen van verschillende H9N2-virussen [aangeduid als panelen (A–S)] werden getest door middel van vaste-fase ELISA. Het vermogen om virus te binden werd gemeten door twee verschillende receptoranalogen: 3'2032-SLN (weergegeven in blauw) en 6'2032-SLN (weergegeven in rood). Elk experiment werd twee keer uitgevoerd en uitgedrukt als gemiddelde ± SD.

Figuur 5. Analyse van receptorbindingsvermogen van H9N2-virussen met humaan receptorbindend tropisme (HRBT). Virussen met een sterker menselijk receptorbindend vermogen maar zwakker vogelreceptorbindend vermogen dan de SS94 worden geclassificeerd als HRBT. Receptorbindende eigenschappen van verschillende H9N2-virussen [aangeduid als panelen (A–N)] werden getest door middel van vaste-fase ELISA. Het vermogen om virussen te binden werd gemeten door twee verschillende receptoranalogen: 3'2032-SLN (weergegeven in blauw) en 6'2032-SLN (weergegeven in rood). Elk experiment werd twee keer uitgevoerd en uitgedrukt als gemiddelde ± SD.

Figuur 6. Analyse van receptorbindend vermogen van H9N2-virussen met verzwakt receptorbindend tropisme (WRBT). Virussen met een zwakker aviaire en humane receptorbindingsvermogen dan de SS94 worden geclassificeerd als WRBT. Receptorbindende eigenschappen van verschillende H9N2-virussen [aangeduid als panelen (A–L)] werden getest met ELISA. Het vermogen om virus te binden werd gemeten door twee verschillende receptoranalogen: 3'2032-SLN (weergegeven in blauw) en 6'2032-SLN (weergegeven in rood). Elk experiment werd twee keer uitgevoerd en uitgedrukt als gemiddelde ± SD.

De twee virussen in clade h9.4.2.1, stammen 7 en 12, vertoonden WRBT. Virus 4 in clade h9.4.2.3 vertoonde WRBT. Van de 15 virussen in clade h9.4.2.4 vertoonden drie stammen WRBT, twee stammen ARBT, acht stammen DRBT en twee stammen HRBT. De resultaten gaven ook aan dat van de 74 virussen in clade h9.4.2.5 er acht stammen waren met WRBT, 32 stammen met DRBT en 34 stammen met HRBT. Deze bevindingen geven aan dat, vergeleken met de virussen in een vroeg stadium, de meeste H9N2-virussen een hoger bindingsvermogen hebben aan vogel- en mensachtige SA-receptoren, vooral voor de virussen die na 2013 zijn geïsoleerd en die DRBT en HRBT vertoonden.

Om de correlatie tussen de verbetering van het receptorbindingsvermogen en het isolatiejaar van het virus te analyseren, werd de receptorbindingssterkte van virussen geïsoleerd uit verschillende jaren gedetecteerd door ELISA met 1.000 ng/ml 3′-SLN/6′-SLN . Als de gemiddelde waarde hoger was dan die van SS94, werd aangenomen dat de sterkte van het receptorbindend vermogen toenam. Als de gemiddelde waarde lager was dan die van SS94, werd aangenomen dat de sterkte van het receptorbindend vermogen afnam. Een opeenvolgende toename of afname gedurende meer dan 3 jaar werd beschouwd als een veranderende piek van het receptorbindend vermogen van virussen. De resultaten gaven aan dat in 1994-2013-2017 de bindingssterkte aan de vogelreceptoren twee stijgende en drie dalende trends vertoonde (Figuur 7A). Twee hoge pieken die de binding aan aviaire receptoren versterkten, deden zich voor in 2002'20132004 en 2011'20132014, en drie verzwakkingsincidenten deden zich voor in 1999'20132001, 2008'20132010 en 2015'20132017. Na 2015 keerde de sterkte van binding aan vogelreceptoren terug naar een niveau dat dicht bij dat van SS94 lag. De variatie van 1994 tot 2017 had de neiging om een ​​stabiele sterkte van binding aan vogelreceptoren zoals vroege stammen te behouden. De sterkteveranderingen van H9N2-virussen om te binden aan menselijke receptoren vertoonden twee verbeteringen en één afnemende trend (Figuur 7B). De eerste verbeteringspiek deed zich voor in 2002-2013-2005 en de tweede verbeteringsgebeurtenis vond plaats in 2011-2013-2017. Een daling deed zich voor in 1999�. De evolutionaire tendens van virussen die van 1994 tot 2017 circuleerden, toonde een toenemende bindingssterkte aan menselijke receptoren. In 2002-2013-2005 en 2011-2013-2017 nam het bindingsvermogen van H9N2-virussen aan vogel- of menselijke receptoren toe.

Figuur 7. Variatie in receptorbindingssterkte van H9N2-virussen van 1994 tot 2017: (EEN) Variatie in de bindingssterkte van vogelreceptor (3′-SLN) (B) variatie in de bindingssterkte van de menselijke receptor (6′-SLN). De receptorbindingssterkte wordt als verhoogd (weergegeven in rood) of verlaagd (weergegeven in groen) beschouwd als de gemiddelde receptorbindingssterkte in dat jaar hoger of lager is dan SS94. Een piek wordt geacht continu te zijn toegenomen of afgenomen gedurende meer dan 3 jaar. Elk virus werd tweemaal uitgevoerd en uitgedrukt als gemiddelde ± SD.

Screening van aminozuurplaatsen die betrokken zijn bij het toenemende vermogen van H9N2-virussen om aan receptoren te binden

Om erachter te komen welke mutaties betrokken zijn bij het verbeteren van het vermogen van H9N2-virussen om te binden aan vogel- en menselijke receptoren, werden variaties in aminozuurplaatsen 90'2013260 geteld in vergelijking met SS94. De resultaten toonden aan dat 19 aminozuren die betrokken zijn bij het verhogen van het vermogen van H9N2-virussen om te binden aan vogel- en mensachtige receptoren, zijn gescreend (tabel 1). Hiervan bevonden zich 137, 156, 159, 160, 190, 192, 226 en 227 aminozuurplaatsen in het RBD van virussen, en de andere mutaties bevonden zich buiten het RBD. In totaal werden 19 verschillende mutaties geselecteerd voor verder onderzoek: M99L, S119R, K141N, K141T, D145N, D145G, Q156R, A160N, A160D, R172Q, S175N, T205A, D208E, T212I, V216L, Q226L, Q227M, V245L en R246K .

Tafel 1. Top 20 mutatieplaatsen van H9N2 AIV's met verbeterde bindingssterkte van 3''x2032-SLN/6''2032-SLN (H3-nummering).

Moleculaire basis voor het toenemende vermogen van H9N2-virussen om aan receptoren te binden

Om de moleculaire basis te illustreren voor het verbeteren van het vermogen van H9N2-virussen om aan receptoren te binden, werd een recombinant virus met HA- en NA-genen van SS94 en interne genen van A/Puerto Rico/8/1934 (H1N1) (PR8) gered door omgekeerde genetica volgens een eerdere studie (Hoffmann et al., 2000) en genoemd als rSS94. Vervolgens werden de volgende mutaties gegenereerd in het HA-gen van het recombinante virus: M99L, S119R, K141N, K141T, D145N, D145G, Q156K, A160N, A160D, R172Q, S175N, T205A, D208E, T212I, V216L, Q226L, Q227M, V245L en R246K. Mutanten werden gered en aangeduid als rSS94-M99L, rSS94-S119R, rSS94-K141N, rSS94-K141T, rSS94-D145N, rSS94-D145G, rSS94-Q156R, rSS94-A160N, rSS94-A160D, rSS94-R94-Q rSS94-T205A, rSS94-D208E, rSS94-T212I, rSS94-V216L, rSS94-Q226L, rSS94-Q227M, rSS94-V245I en rSS94-R246K (tabel 2).

Tafel 2. Informatie over recombinante virussen die in dit onderzoek zijn gebruikt.

De receptorbindingssterkte van virussen werd geanalyseerd met behulp van ELISA met 3000 ng/ml receptoranalogen. De resultaten gaven aan dat rSS94 hetzelfde receptorbindende tropisme had als SS94 en een hogere receptorbindende sterkte vertoonde. Vergeleken met rSS94, verbeterden de mutanten rSS94-S119R, rSS94-K141N, rSS94-D145G, rSS94-D145N, rSS94-Q227M en rSS94-R246K de bindingssterkte van 3′-SLN (P < 0,05) (Figuur 8A). De mutaties in volgorde van toenemende bindingssterkte van 3′-SLN zijn als volgt: Q227M > K141N > D145G > S119R > D145N > R246K.

Figuur 8. De analyse van het receptorbindend vermogen van H9N2-recombinante virussen met de overeenkomstige mutatie in HA-eiwit. (EEN) Receptorbindingssterkte van vogelreceptor (3′-SLN) (B) Receptorbindingssterkte van de menselijke receptor (6′-SLN). t test werd gebruikt voor statistische analyse. *P < 0,05, **P < 0,01.

De rSS94-K141N- en rSS94-K141T-mutaties veroorzaakten een significante vermindering van de bindingssterkte van 6′-SLN (P < 0,05). De andere mutanten veroorzaakten een statistisch significante toename van de bindingssterkte aan 6′-SLN (rSS94-Q227M, rSS94-A160D, rSS94-Q226L, rSS94-T212I, rSS94-R172Q, rSS94-S175N, rSS94-A160N, P < 0,05 rSS94-D145N, rSS94-D145G, rSS94-S119R, rSS94-Q156R, rSS94-T205A, rSS94-V245I, rSS94-R246K, rSS94-V216L, rSS94-D208E, P < 0,01) (Figuur 8B). De rangschikking was als volgt: Q227M > A160D > D145N > D145G > S119R > Q156R > T205A > Q226L > V245I > R246K > V216L > D208E > T212I > R172Q > S175N > A160N.

Samenvattend kunnen mutaties Q227M, D145G, D145N, S119R en R246K de bindingssterkte van het H9N2-virus aan zowel vogel- als menselijke receptoren aanzienlijk verbeteren. Mutaties A160D/N, Q156R, T205A, Q226L, V245I, V216L, D208E, T212I, R172Q en S175N kunnen de bindingssterkte aan menselijke receptoren aanzienlijk verbeteren. De mutatie K141N kan de bindingssterkte aan vogelreceptoren aanzienlijk verhogen. De mutatie K141T veroorzaakte een significante vermindering van de humane receptoren (P < 0,05).

Vergelijkende analyse van aminozuurlocaties die betrokken zijn bij het receptorbindend vermogen van natuurlijke H9N2-virussen in China

Om het receptorbindende kenmerk van H9N2-virussen die in 1994-2013-2018 in China circuleerden te illustreren, analyseerden we de mutaties die betrokken zijn bij het receptorbindende vermogen van 5.102 HA-sequenties die zijn gedownload van de NCBI Influenza Database (vanaf 28 september 2019). Onze eerdere resultaten gaven aan dat het receptorbindend vermogen van H9N2-virussen tweemaal een piek bereikte in 1994-2013-2017: eenmaal in 2002-2013-2005 en opnieuw in 2011-2013-2017. Bij de eerste piek traden mutaties van T205A, V216L, Q226L, V245I en D208E in HA-eiwit met hoge frequentie op (Figuur 9A). Tijdens deze periode speelden de mutaties Q226L, T205A, V216L, V245I en D208E een belangrijke rol bij het verhogen van het bindingsvermogen aan menselijke receptoren.

Figuur 9. De mutatieanalyse van HA-eiwit van natuurlijke H9N2-virussen circuleerde in China van 1994 tot 2017. (EEN) Hoogfrequente mutaties die optraden in natuurlijke geïsoleerde H9N2-virussen in 2002� (B) hoogfrequente mutaties die optraden in natuurlijke geïsoleerde H9N2-virussen in 2011� (C) mutaties vertoonden een lage frequentie in natuurlijke geïsoleerde H9N2-virussen.

205A, 208E, 216L en 226L waren na 2005 geleidelijk stabiel in het HA-eiwit van H9N2-virussen. Bovendien namen de substituties S119R, D145G, Q156R, A160D, T212I, Q227M en R246K in H9N2-virussen snel toe na 2012 (Figuur 9B). Dit resultaat gaf aan dat S119R, D145G, Q227M en R246K sleutelmutaties waren voor H9N2-virussen om DRBT in 2011-2013-2017 te behouden. De mutaties Q156R, A160D en T212I verbeterden het vermogen van virussen om zich te binden aan mensachtige receptoren. Interessant is dat een significante toename in de frequentie van de mutatie van K141T werd waargenomen om het vermogen van H9N2-virussen om zich te binden aan menselijke receptoren vanaf 2013 te verzwakken. De resultaten toonden ook enkele zeldzame mutaties in H9N2-virussen, zoals K141N, A160N en D145N (Figuur 9C).


Discussie

Deze studie toont aan dat de systematische vereenvoudiging van N-glycanen op HA resulteert in een opeenvolgende toename van de binding aan α2,3 sialosides maar niet aan α2,6 sialosides. Voor zover wij weten, is dit een eerder onbeschreven onderzoek om het effect van HA's buitenste en binnenste glycanen op receptorbinding aan te tonen en om de bindingsaffiniteit en energetische bijdragen van HA-receptorinteracties kwantitatief te ontleden.

HA-glycosylering beïnvloedt de functie van influenza HA (25). Interessant is dat, aangezien het niveau van glycosylering op influenza H3N2 sinds 1968 is toegenomen, de morbiditeit, mortaliteit en virale longtiters zijn afgenomen (26). Onze bevinding dat HA met een enkele GlcNAc gehecht aan de glycosyleringsplaatsen een ontspannen specificiteit vertoonde maar verhoogde affiniteit voor α2,3-sialosiden suggereert dat de N-glycanen op HA sterische hindering nabij het HA-receptorbindende domein kunnen veroorzaken. De hoge specificiteit voor receptor-sialosides kan voorkomen dat het virus zich bindt aan bepaalde andere specifieke glycanen op het menselijke longepitheelceloppervlak. Aan de andere kant kan HA met afgeknotte glycanen α2,3-receptor-sialosides herkennen met een hogere bindingsaffiniteit en minder specificiteit, wat suggereert dat het verminderen van de lengte van glycanen op HA het risico op vogelgriepinfectie kan verhogen. Het is echter onduidelijk hoe de veranderingen van HA-receptorinteractie via glycosylering de infectiviteit van het virus en de NA-activiteit in de virale levenscyclus beïnvloeden.

HA met een enkele GlcNAc is een veelbelovende kandidaat voor influenzavaccin omdat een dergelijk construct de intacte structuur van HA behoudt en gemakkelijk kan worden bereid (bijvoorbeeld via gist). Het kan ook geconserveerde epitopen blootleggen die verborgen zijn door grote glycanen om een ​​immuunrespons op te wekken die HA-varianten in hogere titer herkent. Deze strategie opent een nieuwe richting voor het ontwerp van vaccins en zou, samen met andere verschillende vaccinstrategieën (27-30) en recente ontdekkingen van HA-neutraliserende antilichamen (31-36), de ontwikkeling van vaccins tegen virussen zoals griep, hepatitis C moeten vergemakkelijken. virus en hiv.


Abstract

Binnen influenzavirusdeeltjes wordt het ingewikkelde evenwicht tussen gastheercelbinding en vernietiging van de siaalzuurreceptor zorgvuldig gehandhaafd door respectievelijk de hemagglutinine (HA) en neuraminidase (NA) glycoproteïnen. Een belangrijke openstaande vraag in de biologie van influenza is de functie van een secundaire siaalzuurbindingsplaats op het NA-enzym. Door middel van een reeks Brownse dynamica (BD)-simulaties van de aviaire N1, de menselijke pandemie N2 en de momenteel circulerende pandemische (H1)N1-enzymen, hebben we de rol van deze secundaire siaalzuurbindingsplaats in het aviaire N1-subtype onderzocht. Onze resultaten suggereren dat elektrostatische interacties op de secundaire en primaire plaatsen in vogel-NA een sleutelrol kunnen spelen in het herkenningsproces van de siaalzuurreceptoren en de katalytische efficiëntie van NA. Deze secundaire plaats lijkt de vorming van complexen met het NA-eiwit en de siaalzuurreceptoren te vergemakkelijken en in mindere mate HA-activiteit te verschaffen. Bovendien kan deze site ook de binding van remmers sturen, zij het met verminderde capaciteit in N1, en kan dit mogelijke implicaties hebben voor geneesmiddelresistentie of optimaal remmersontwerp. Hoewel eerder is aangetoond dat de secundaire siaalzuurbindingsplaats niet geconserveerd is in varkens-NA-stammen, lijkt ons onderzoek naar de momenteel circulerende pandemische H1N1-stam van varkensoorsprong enkele van de belangrijkste kenmerken van de secundaire siaalzuurbindingsplaats te hebben behouden. Onze resultaten wijzen op een mogelijk verlaagde HA-activiteit voor deze secundaire siaalzuurplaats, wat een belangrijke gebeurtenis kan zijn bij het ontstaan ​​van de huidige pandemische stam.

Binnen influenzavirusdeeltjes wordt het ingewikkelde evenwicht tussen gastheercelbinding en vernietiging van de siaalzuurreceptor zorgvuldig in stand gehouden door respectievelijk de hemagglutinine (HA) en neuraminidase (NA) glycoproteïnen. (1) Een belangrijke openstaande vraag in de biologie van influenza is de functie van een secundaire siaalzuurbindingsplaats op het NA-enzym (Figuur 1). Deze tweede plaats werd voor het eerst ontdekt door HA-activiteit die werd vertoond door de N9 NA in aviaire isolaten. (2) Daaropvolgende karakterisering van deze stam door middel van ontsnappingsmutagenese-experimenten lokaliseerde de HA-activiteit naar residuen aan de buitenrand van de eigenlijke NA-bindende pocket die geen rol spelen. rol in de katalytische activiteit van NA. (3) Deze activiteit, ook hemabsorberend (HB) genoemd vanwege het vermogen om rode bloedcellen te binden, bleek overdraagbaar te zijn op het menselijke N2-subtype door plaatsgerichte mutagenese. (4) Structureel bewijs voor de het bestaan ​​van deze secundaire siaalzuurbindingsplaats werd later vastgesteld door middel van röntgenkristallografie-experimenten. (5) De conservering van residuen die deze secundaire plaats in het NA omvatten van vogelstammen, maar niet van mensen of varkens, suggereerde dat dit kenmerk een onbekende rol zou kunnen spelen. biologische rol, en een zorgvuldige analyse van individuele stammen wezen verder op positieve selectiedruk in de HB-plaats binnen de vogelstammen. (6) Door een reeks Brownse dynamiek (BD) simulaties van de vogel N1 en menselijke N2 enzymen, hebben we de rol van deze secundaire siaalzuur bindingsplaats in het vogel N1 subtype onderzocht. Onze resultaten suggereren dat elektrostatische interacties op de secundaire en primaire plaatsen in vogel-NA een sleutelrol kunnen spelen in het herkenningsproces van de siaalzuurreceptoren en de katalytische efficiëntie (7) van NA.


Uitdagingen en toekomstperspectieven

Recent werk op het gebied van virusaanhechting, replicatie, pathogenese en transmissie en vervolgonderzoek naar structurele determinanten van de specificiteit en stabiliteit van de HA-receptor hebben een belangrijk nieuw licht geworpen op de aanpassing van het influenzavirus aan zoogdiergastheren. Imai et al en Herfst et al beschreef verschillende aminozuursubstituties in H5N1-virus HA die opmerkelijk vergelijkbare fenotypische eigenschappen vertegenwoordigden die leidden tot virusoverdracht via de lucht. Sommige van deze vervangingen werden ook opgemerkt in H7N9-virussen uit 2013 met beperkte overdraagbaarheid via de lucht, in een H9N2-virus in de lucht en in de pandemische virussen van de vorige eeuw. Some of the substitutions of the laboratory-derived airborne H5N1 viruses and combinations of such substitutions were already detected in naturally circulating H5N1 viruses (Russell et al, 2012 ). However, it should be noted that these mutations do not necessarily result in the same phenotype in all H5N1 strains or in strains of other influenza virus subtypes. Moreover, it is possible that there are evolutionary constraints to the accumulation of genetic changes required to yield an airborne transmission phenotype, making the emergence of such viruses possibly an unlikely event (Russell et al, 2012 ). Further identification of the genetic and phenotypic changes required for host adaptation and transmission of influenza viruses remains an important research topic to facilitate risk assessment for the emergence of zoonotic and pandemic influenza.

In currently circulating strains of clade 2.2.1 H5N1 containing a deletion in the 130-loop and lacking a glycosylation site at position 160, the substitutions 224-Asn and 226-Leu resulted in a switch of receptor specificity (Tharakaraman et al, 2013b ). We know that there are many more ways by which H5N1 viruses can adapt to attach to α2,6-SA. Some natural human H5N1 virus isolates bind to both α2,3-SA and α2,6-SA due to substitutions in and around the RBS (Yamada et al, 2006 Crusat et al, 2013 ). In addition, mutational analyses of H5 HA based on analogies with other influenza virus subtypes identified several substitutions that caused a switch in receptor specificity and virus attachment to upper respiratory tract tissues of humans. Although none of these human virus isolates and mutant viruses were capable of airborne transmission between mammals (Maines et al, 2006 Stevens et al, 2006b , 2008 Chutinimitkul et al, 2010b Paulson & de Vries, 2013 ), it is clear that there are multiple ways by which circulating H5N1 strains can change receptor specificity and adapt to replication in mammals.

Yang et al ( 2013 ) have shown that introduction of substitution 228-Ser in H7N9 HA that already had 226-Leu resulted in overall increased binding to α2,3-SA and α2,6-SA, but not in a switch in receptor preference. Based on structural studies, it was anticipated that Gly-228-Ser would optimize interactions with both α2,3-SA and α2,6-SA. Gly-228-Ser resulted in increased binding of the H7N9 HA to the apical surface of tracheal and alveolar tissues of humans (Tharakaraman et al, 2013a ). At present, it is unclear whether other amino acid substitutions would further fine-tune the receptor binding preference of the H7N9 viruses and could potentially increase the airborne transmissibility under laboratory or natural conditions.

Although our knowledge of receptor specificity and its implications for transmission and pathogenesis has improved since the initial characterization of the influenza virus RBS, there are still many unknowns. The lack of knowledge of which cells are the primary target of airborne transmissible viruses and the type and distribution of receptors they express hampers the interpretation of receptor binding data and structural studies. Major current interest is focused on receptor binding assays such as glycan arrays, solid-phase binding assays, and agglutination assays using modified erythrocytes. But without knowledge on which receptors are relevant for influenza virus attachment, replication, and transmission in vivo, it is impossible to assess which binding assays best represent influenza virus attachment in the respiratory tract. As a consequence, studies should focus more on identification of the relevant functional glycans in humans and animal models. The possibility that a plethora of receptors in the human respiratory tract can be utilized for the attachment of influenza viruses and are relevant for replication and transmission should be considered. Based on studies of the glycome of human and animal hosts, it is clear that a large number of glycan structures are not represented on glycan arrays (Walther et al, 2013 ). A potential way forward would be the use of shotgun glycan arrays that employ receptors of relevant tissues and cells of the human respiratory tract rather than random synthetic glycans (Yu et al, 2012 ). At present, such studies are limited since they generally employ all glycans expressed in the respiratory tract rather than just those receptors expressed on relevant cell types at the apical surface of the respiratory tract that are accessible upon influenza virus infection. Future work should clearly focus on improvement of the methods available in glycobiology. Similarly, X-ray crystal structures of human and avian receptor analogs in complex with HAs of human and influenza viruses have revealed crucial structural determinants for binding to α2,3-SA and α2,6-SA receptor analogs. But potentially these structural studies could also be complemented with influenza HAs in complex with a variety of sialylated glycan structures, to increase understanding of the structural determinants of HA receptor binding.

There is a clear need for phenotypic assays to predict which animal influenza viruses can infect humans and transmit between humans. One major unknown is to what extent the transmissibility of influenza viruses in ferret and guinea pig transmission models can be extrapolated to humans. Although thus far there has been good correspondence between the transmissibility of avian and human influenza viruses between humans and the ferret transmission model, it is not certain that all viruses that transmit between ferrets will also transmit between humans. It is also not clear how the ferret and guinea pig models compare with respect to airborne transmission of animal influenza viruses. Better understanding about the behavior of airborne transmissible viruses in vitro may allow replacement of some animal models with in vitro methods and contribute to reduction, replacement, and refinement in animal experiments (Russell & Burch, 1959 Belser et al, 2013b ). In addition, such phenotypical assays may complement ongoing surveillance studies to identify biological traits of circulating influenza viruses that could trigger immediate action or attention. So far, when data obtained with attachment studies, infection studies using primary epithelial cell lines explants, and animal studies were compared, the correspondence was not always obvious, and therefore, more work in this field is also needed. While it may never be feasible to perfectly predict the adaptation of animal influenza viruses to humans, increased knowledge from animal studies, in vitro assays, and structural analyses collectively will almost certainly improve such predictions.


Amino acid substitutions near the receptor binding site HA protein in type A H3N2 influenza strains? - Biologie

REcognition of Cluster-transition Determining Sites (RECDS)

RECDS evaluate the contribution of a specific amino acid site on the HA protein in the whole history of antigenic evolution. In RECDS , we ranked all of the HA sites by calculating the contribution scores derived from the forest of Gradient Boosting Classifiers trained by various sequence-based and structure-based features.

Copyright of RECDS scripts in code dir, including how to extract features, train model and color trees, are reserved by Aiping Wu lab.

Important: The project uses python 2.7 interpreter and when you run the pipeline, you should modify python script files and set some paths based on your computing environment and third-party software installation.

The repo contains the following:

1. Raw data used in this project

The antigenic clustering and raw sequence used in RECDS can be found in dataset/ directory.

H3N2AntigenicCluster.strains : The strain names of A/H3N2 used by RECDS

H3N2/source/ : Seven antigenic clusters derived from Smith’s studies including raw HA1 protein sequences.

H3N2/nonredundant/ : The sequences after removing redundant HA1 protein sequences and sequence alignment.

Koel, B.F., et al. Substitutions near the receptor binding site determine major antigenic change during influenza virus evolution. Science 2013342(6161):976-979.

H1N1AntigenicCluster.strains : The strain names of A/H1N1 used by RECDS

H1N1/source/ : Seven antigenic clusters derived from our previous studies including raw HA1 protein sequences.

H1N1/nonredundant/ : The sequences after removing redundant HA1 protein sequences and sequence alignment.

Liu, M., et al. Antigenic Patterns and Evolution of the Human Influenza A (H1N1) Virus. Sci Rep 20155:14171.

2. Pipeline and result of the project

The pipeline uses python 2.7 interpreter. Source code of the RECDS pipeline can be found in code/sourceCode/script/ . The major steps includes a) features extracting, b) GBC model training and c) phylogenetic tree coloring. The dependency scripts can be found in code/sourceCode/python/ and tools/ .

Including the PIMA score and other metrics calculated from predicted 3D structure.

  1. Modify 1_PIMAscore.py file and set “seqin” path which contains virus sequences named by dData
  2. dir/dData is the virus pairs name and you can find its example format in InputH3N2Example
  3. dir/features/dPIMA is the output feature file
  1. Modify 2_1_run_Modeler.py file and set some paths, such as runModeller, fastaDir and outDir
  2. seqName is the virus name and you can find its example format in InputH3N2Example
  3. dir/Modeler is the output file of outDir in 2_1_run_Modeler.py
  4. dir/newModeler is the rename output file of Modeler structure

Relative solvent accessibility

  1. Modify 3_1_runDssp.py file and set some paths which contains outdir for dssp resuls and Modeler for dir/newModeler
  2. dir/seqMap contains the virus name and you can find its example format in InputH3N2Example
  3. Modify 3_2_get_dssp.py file and set dsspfile path to outdir for dssp resuls in 3_1_runDssp.py
  4. dir/features/dDssp is the output feature file
  1. Modify 4_1_run_ddG.py file and set “seqin” path which contains virus sequences named by dData
  2. dir/dSEF output file for ddG
  3. Modify 4_2_get_ddG.py file and set ddGDir path to outdir for SEF resuls in 4_1_run_ddG.py
  4. dir/dSEF is the output feature file

Half-sphere exposure (HSE)-up

  1. Modify 5_1_runHSE.py file and set some paths which contains outdir for HSE resuls and ModelDir for dir/newModeler
  2. Modify 5_2_get_HSE.py file and set hsefile path to outdir for HSE resuls in 5_1_runHSE.py
  3. dir/features/dHSE is the output feature file
  1. Modify 6_1_run_Amber.py file and set some paths
  2. 10000 is modeler model name
  3. dir/amber/10000 is output dir
  4. dir/newModeler is modeler structure dir
  5. Modify 6_2_get_Amber.py file and set amberfile path to outdir for amber resuls in 6_1_run_Amber.py
  6. dir/features/dAmber is the output feature file

Merge six different features

  1. Modify 7_merge_feature.py file and set featureDir path which contains above six features
  2. dir/dFeatures is output dir

Use the features extracted in the previous steps to train Gradient Boost Classifier model.

  1. 9_cross_train.py and siteImportance_diffComb.py is similar to 8_siteImportance.py and they are our experiment scripts
  2. dir/dFeatures is features file for antigenically different virus pairs
  3. dir/sFeatures is features file for antigenically similar virus pairs
  4. dir/train/allImportance is score output file

c) Custom-made phylogenetic analysis.

Build phylogenetic tree, plot and color the tree according to the amino acid type of the candidate positions.

  1. The phylogenetic trees of A/H3N2 en A/H1N1 were built under a GTR substitution model using RAxML (version 8.2.9). The GAMMA model of rate heterogeneity and other model parameters were estimated by RAxML .
  2. The dedicated phylogenetic visualization R package ggtree (v1.6.1) was used to make the plot.
  3. The result can be found in colorTree.zip .

3. Third-party software installation:

While the majority of programs in the package code/sourceCode/ are developed in the Aiping Wu lab here in the permission of use is released, there are some programs and databases which were developed by third-party groups. You may experience installation problems, please check the third-party websites.

Install python dependencies

Python modules pandas , biopython and scikit-learn are required. Installation using pip is recommended.

The homologous modelling for protein 3D structure is implemented by Modeller . The download and installation can be found at https://salilab.org/modeller/. Modeller is written in python and C can be import as a python module.

The calculation of relative solvent accessibility (RSA) for protein residuals needs dssp . The download and installation can be found at https://swift.cmbi.umcn.nl/gv/dssp/. Or the pre-complied package can be installed on Linux machine:

We calculated ∆∆G denoting a protein stability change upon the single point mutation through the statistical energy function (SEF). This software is developed by Xiong Peng, and he modified application program interfaces (APIs) from original program for our use. So, the input is very simple, which just need protein structure and mutation information (wild type, position, mutant type). We have obtained his approval to open his modified software with our works and its software can be downloaded at https://drive.google.com/open?id=1Hls89AV6r5DNMXyDfC-qv4YhxkW_iaov. If you use SEF, please kindly cite as following:

Xiong, P., et al., Protein design with a comprehensive statistical energy function and boosted by experimental selection for foldability. Nat Commun, 2014. 5: p. 5330


Inhoud

The "RNA viruses" include the "negative-sense ssRNA viruses" which include the Family "Orthomyxoviridae" which contains five genera, classified by variations in nucleoprotein (NP and M) antigens. One of these is the Genus "Influenzavirus A" which consists of a single species called "Influenza A virus" one of its subtypes is H5N1.

H5N1 (like the other avian flu viruses) has strains called "highly pathogenic" (HP) and "low-pathogenic" (LP). Avian influenza viruses that cause HPAI are highly virulent, and mortality rates in infected flocks often approach 100%. LPAI viruses are generally of lower virulence, but these viruses can serve as progenitors to HPAI viruses. The current strain of H5N1 responsible for die-offs of domestic birds in Asia is an HPAI strain other strains of H5N1 occurring elsewhere in the world are less virulent and, therefore, are classified as LPAI strains. All HPAI strains identified to date have involved H5 and H7 subtypes. The distinction concerns pathogenicity in poultry, not humans. Normally a highly pathogenic avian virus is not highly pathogenic to either humans or non-poultry birds. This current strain of H5N1 is unusual in being deadly to so many species.

Both "influenza" (meaning flu) and "A" (meaning species type A) can be used as adjectives of the noun "virus" resulting in the noun phrase "influenza A virus" which when capitalized is the proper noun Influenza A virus which is the name of the species the noun phrase ook verwijst naar.

A virus is one type of microscopic parasite that infects cells in biological organisms.

The Orthomyxoviridae are a family of RNA viruses which infect vertebrates. It includes those viruses which cause influenza. Viruses of this family contain 7 to 8 segments of linear negative-sense single-stranded RNA.

"Influenza virus" refers to a subset of Orthomyxoviridae that create influenza. This taxonomic category is not based on phylogenetics.

Influenza A viruses have 10 genes on eight separate RNA molecules, which, for the reasons mentioned above, are named PB2, PB1, PA, HA, NP, NA, M, and NS. HA, NA, and M specify the structure of proteins that are most medically relevant as targets for antiviral drugs and antibodies. (An eleventh recently discovered gene called PB1-F2 sometimes creates a protein but is absent from some influenza virus isolates. [5] ) This segmentation of the influenza genome facilitates genetic recombination by segment reassortment in hosts who are infected with two different influenza viruses at the same time. [1] Influenza A virus is the only species in the Influenzavirus A genus of the family Orthomyxoviridae and are negative sense, single-stranded, segmented RNA viruses.

"The influenza virus RNA polymerase is a multifunctional complex composed of the three viral proteins PB1, PB2 and PA, which, together with the viral nucleoprotein NP, form the minimum complement required for viral mRNA synthesis and replication." [7]

  • Surface antigen encoding gene segments (RNA molecule): (HA, NA)
  • HA codes for hemagglutinin, which is an antigenicglycoprotein found on the surface of the influenzaviruses and is responsible for binding the virus to the cell that is being infected. Hemagglutinin forms spikes at the surface of flu viruses that function to attach viruses to cells. This attachment is required for efficient transfer of flu virus genes into cells, a process that can be blocked by antibodies that bind to the hemagglutinin proteins. One genetic factor in distinguishing between human flu viruses and avian flu viruses is that "avian influenza HA bind alpha 2-3 sialic acid receptors while human influenza HA bind alpha 2-6 sialic acid receptors. Swine influenza viruses have the ability to bind both types of sialic acid receptors." [8] A mutation found in Turkey in 2006 "involves a substitution in one sample of an amino acid at position 223 of the haemoagglutinin receptor protein. This protein allows the flu virus to bind to the receptors on the surface of its host's cells. This mutation has been observed twice before — in a father and son in Hong Kong in 2003, and in one fatal case in Vietnam last year. It increases the virus's ability to bind to human receptors, and decreases its affinity for poultry receptors, making strains with this mutation better adapted to infecting humans." [according to whom?] Another mutation in the same sample at position 153 has as yet unknown effects. [9] "Amino acid residues at positions 226 and 228 of the receptor binding pocket of HA appear to determine binding affinity to cell surface receptors and to influence the selective binding of the virus to avian (sialic acid -2,3-NeuAcGal) or human (sialic acid -2,6-NeuAcGal) cell surface receptors. The human A/HK/212/03 and A/HK/213/03 isolates retain the signature associated with avian receptor binding, but they have a unique amino acid substitution (Ser227Ile) within the receptor binding pocket that was not present even in the closely related A/Gs/HK/739.2/02 (genotype Z+) virus." [10] Recent research reveals that humans have avian type receptors at very low densities and chickens have human type receptors at very low densities. [11] Researchers "found that the mutations at two places in the gene, identified as 182 and 192, allow the virus to bind to both bird and human receptors." [12][13] See research articles Host Range Restriction and Pathogenicity in the Context of Influenza Pandemic (Centers for Disease Control and Prevention, 2006) (by Gabriele Neumann and Yoshihiro Kawaoka) and Structure and Receptor Specificity of the Hemagglutinin from an H5N1 Influenza Virus (American Association for the Advancement of Science, 2006) (by James Stevens, Ola Blixt, Terrence M. Tumpey, Jeffery K. Taubenberger, James C. Paulson, Ian A. Wilson) for further details.
  • NA codes for neuraminidase which is an antigenicglycoproteinenzyme found on the surface of the influenzaviruses. It helps the release of progeny viruses from infected cells. Flu drugs Tamiflu and Relenza work by inhibiting some strains of neuraminidase. They were developed based on N2 and N9. "In the N1 form of the protein, a small segment called the 150-loop is inverted, creating a hollow pocket that does not exist in the N2 and N9 proteins. [. ] When the researchers looked at how existing drugs interacted with the N1 protein, they found that, in the presence of neuraminidase inhibitors, the loop changed its conformation to one similar to that in the N2 and N9 proteins." [14]

Matrix encoding gene segments Edit

    M codes for the matrix proteins (M1 and M2) that, along with the two surface proteins (hemagglutinin and neuraminidase), make up the capsid (protective coat) of the virus. It encodes by using different reading frames from the same RNA segment.
      is a protein that binds to the viral RNA. is a protein that uncoats the virus, thereby exposing its contents (the eight RNA segments) to the cytoplasm of the host cell. The M2 transmembrane protein is an ion channel required for efficient infection. [16] The amino acid substitution (Ser31Asn) in M2 some H5N1 genotypes is associated with amantadine resistance. [17]

    Nucleoprotein encoding gene segments. Bewerking

    • NP codes for nucleoprotein.
    • NS: NS codes for two nonstructural proteins (NS1 and NS2 - formerly called NEP). "[T]he pathogenicity of influenza virus was related to the nonstructural (NS) gene of the H5N1/97 virus". [18]
      • NS1: Non-structural: nucleus effects on cellular RNA transport, splicing, translation. Anti-interferon protein. [19] The "NS1 of the highly pathogenic avian H5N1 viruses circulating in poultry and waterfowl in Southeast Asia might be responsible for an enhanced proinflammatory cytokine response (especially TNFa) induced by these viruses in human macrophages". [4] H5N1 NS1 is characterized by a single amino acid change at position 92. By changing the amino acid from glutamic acid to aspartic acid, the researchers were able to abrogate the effect of the H5N1 NS1. [This] single amino acid change in the NS1 gene greatly increased the pathogenicity of the H5N1 influenza virus." [20]
      • NEP: The "nuclear export protein (NEP, formerly referred to as the NS2 protein) mediates the export of vRNPs". [21]

      Polymerase encoding gene segments Edit

      • PA codes for the PA protein which is a critical component of the viral polymerase.
      • PB1 codes for the PB1 protein and the PB1-F2 protein.
        • The PB1 protein is a critical component of the viral polymerase.
        • The PB1-F2 protein is encoded by an alternative open reading frame of the PB1 RNA segment and "interacts with 2 components of the mitochondrial permeability transition pore complex, ANT3 and VDCA1, [sensitizing] cells to apoptosis. [. ] PB1-F2 likely contributes to viral pathogenicity and might have an important role in determining the severity of pandemic influenza." [4] This was discovered by Chen et al. and reported in Nature. [5] "After comparing viruses from the Hong Kong 1997 H5N1 outbreak, one amino acid change (N66S) was found in the PB1-F2 sequence at position 66 that correlated with pathogenicity. This same amino acid change (N66S) was also found in the PB1-F2 protein of the 1918 pandemic A/Brevig Mission/18 virus." [6]

        Influenza viruses have a relatively high mutation rate that is characteristic of RNA viruses. The segmentation of the influenza genome facilitates genetic recombination by segment reassortment in hosts who are infected with two different influenza viruses at the same time. H5N1 viruses can reassort genes with other strains that co-infect a host organism, such as a pig, bird, or human, and mutate into a form that can pass easily among humans. This is one of many possible paths to a pandemic.

        The ability of various influenza strains to show species-selectivity is largely due to variation in the hemagglutinin genes. Genetic mutations in the hemagglutinin gene that cause single amino acid substitutions can significantly alter the ability of viral hemagglutinin proteins to bind to receptors on the surface of host cells. Such mutations in avian H5N1 viruses can change virus strains from being inefficient at infecting human cells to being as efficient in causing human infections as more common human influenza virus types. [25] This doesn't mean that one amino acid substitution can cause a pandemic, but it does mean that one amino acid substitution can cause an avian flu virus that is not pathogenic in humans to become pathogenic in humans.

        H3N2 ("swine flu") is endemic in pigs in China, and has been detected in pigs in Vietnam, increasing fears of the emergence of new variant strains. The dominant strain of annual flu virus in January 2006 was H3N2, which is now resistant to the standard antiviral drugs amantadine and rimantadine. The possibility of H5N1 and H3N2 exchanging genes through reassortment is a major concern. If a reassortment in H5N1 occurs, it might remain an H5N1 subtype, or it could shift subtypes, as H2N2 did when it evolved into the Hong Kong Flu strain of H3N2.

        Both the H2N2 and H3N2 pandemic strains contained avian influenza virus RNA segments. "While the pandemic human influenza viruses of 1957 (H2N2) and 1968 (H3N2) clearly arose through reassortment between human and avian viruses, the influenza virus causing the 'Spanish flu' in 1918 appears to be entirely derived from an avian source". [26]

        In July 2004, researchers led by H. Deng of the Harbin Veterinary Research Institute, Harbin, China and Professor Robert G. Webster of the St. Jude Children's Research Hospital, Memphis, Tennessee, reported results of experiments in which mice had been exposed to 21 isolates of confirmed H5N1 strains obtained from ducks in China between 1999 and 2002. They found "a clear temporal pattern of progressively increasing pathogenicity". [27] Results reported by Dr. Webster in July 2005 reveal further progression toward pathogenicity in mice and longer virus shedding by ducks.

        Asian lineage HPAI A(H5N1) is divided into two antigenic clades. "Clade 1 includes human and bird isolates from Vietnam, Thailand, and Cambodia and bird isolates from Laos and Malaysia. Clade 2 viruses were first identified in bird isolates from China, Indonesia, Japan, and South Korea before spreading westward to the Middle East, Europe, and Africa. The clade 2 viruses have been primarily responsible for human H5N1 infections that have occurred during late 2005 and 2006, according to WHO. Genetic analysis has identified six subclades of clade 2, three of which have a distinct geographic distribution and have been implicated in human infections: Map

        • Subclade 1, Indonesia
        • Subclade 2, Europe, Middle East, and Africa (called EMA)
        • Subclade 3, China" [28][29][30]

        A 2007 study focused on the EMA subclade has shed further light on the EMA mutations. "The 36 new isolates reported here greatly expand the amount of whole-genome sequence data available from recent avian influenza (H5N1) isolates. Before our project, GenBank contained only 5 other complete genomes from Europe for the 2004–2006 period, and it contained no whole genomes from the Middle East or northern Africa. Our analysis showed several new findings. First, all European, Middle Eastern, and African samples fall into a clade that is distinct from other contemporary Asian clades, all of which share common ancestry with the original 1997 Hong Kong strain. Phylogenetic trees built on each of the 8 segments show a consistent picture of 3 lineages, as illustrated by the HA tree shown in Figure 1. Two of the clades contain exclusively Vietnamese isolates the smaller of these, with 5 isolates, we label V1 the larger clade, with 9 isolates, is V2. The remaining 22 isolates all fall into a third, clearly distinct clade, labeled EMA, which comprises samples from Europe, the Middle East, and Africa. Trees for the other 7 segments display a similar topology, with clades V1, V2, and EMA clearly separated in each case. Analyses of all available complete influenza (H5N1) genomes and of 589 HA sequences placed the EMA clade as distinct from the major clades circulating in People's Republic of China, Indonesia, and Southeast Asia." [23]