本文關(guān)鍵詞：HIV-1包膜蛋白gp120在進(jìn)化中的選擇及V1區(qū)功能研究　出處：《中國科學(xué)院研究生院(武漢病毒研究所)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：有超過40種的非洲靈長類宿主體內(nèi)感染了物種特異的SIV,多次的SIV跨物種傳播事件形成了HIV,其中黑猩猩中的SIVcpz和白頸白眉猴中的SIVsmm分別傳播形成了HIV-1和HIV-2。和HIV感染人類不同,SIV在其天然宿主中并不表現(xiàn)出典型的致病性,這被認(rèn)為是SIV和其相應(yīng)的自然宿主之間長時間的適應(yīng)性進(jìn)化的結(jié)果。事實上,已有證據(jù)表明SIV可能有長達(dá)數(shù)萬年,甚至百年萬年的進(jìn)化歷史。而與其相對應(yīng)的HIV在人類中的發(fā)現(xiàn)僅僅存在不到一個世紀(jì)的時間,并且具有明顯的致病性和快速進(jìn)化的特點。盡管已經(jīng)有一些關(guān)于SIV和HIV的起源,進(jìn)化關(guān)系,多樣性等方面的研究,但是對于它們的進(jìn)化階段和地位,進(jìn)化模式并沒有報道。而考慮到它們在進(jìn)化歷史,致病性和流行性方面的不同,推測它們可能有不同的進(jìn)化模式及階段。在此研究中我們從LANL HIV數(shù)據(jù)庫中下載得到有明顯的傳播歷史證據(jù)的SIV和HIV-1的膜蛋白全長序列,并構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹,并從正選擇壓力的角度分析了SIV和HIV env基因在不同階段的進(jìn)化特點。我們的實驗數(shù)據(jù)表明SIV在進(jìn)化早期階段受到較大的選擇壓力,而現(xiàn)階段則較小;相反的是HIV在現(xiàn)階段比進(jìn)化早期有更大的選擇壓力。這可能與SIV和宿主之間較長時間的適應(yīng)性進(jìn)化有關(guān),現(xiàn)階段病毒更加適應(yīng)宿主的選擇;而HIV則相對年輕,還處于不斷變異進(jìn)化的早期,其宿主適應(yīng)性較差。這也暗示我們HIV的可能進(jìn)化模式(方向),經(jīng)過長期的在人類中的進(jìn)化后,HIV可能也會進(jìn)化到像SIV一樣的狀態(tài)。HIV在傳播過程中有明顯的傳播瓶頸效應(yīng),即少數(shù)的具有特定遺傳特點的病毒可以傳播到新的宿主并建立有效的感染,而供者體內(nèi)大量的其它遺傳特點的病毒并沒有被傳播。大量的研究試圖揭示這些被特定的選擇傳播的病毒具有什么樣的遺傳特點,主要集中在包膜糖蛋白,其中關(guān)注的一個主要的特點即gp120可變區(qū)的氨基酸長度的變化和糖基化位點數(shù)目的變化。而且根據(jù)我們以上的分析結(jié)果,膜蛋白基因在SIV和HIV進(jìn)化歷史中有不同的進(jìn)化模式和階段,因此我們篩選并構(gòu)建具有傳播歷史證據(jù)的SIV和HIV Env序列,對SIV和HIV傳播歷史過程中膜蛋白序列進(jìn)行相應(yīng)的氨基酸變化特點進(jìn)行了分析。我們發(fā)現(xiàn)gp120蛋白的可變區(qū),尤其是V1區(qū)在SIV/HIV-1和SIV/HIV-2兩個獨立進(jìn)化歷史過程中均有特殊的變化特規(guī)律,即較短的可變區(qū),尤其是V1區(qū)被特異的選擇。而在群體水平,HIV可能通過可變區(qū)的增長來逃避免疫識別,我們用多個HIV-1的亞型或重組型,通過15-20年進(jìn)化時間中可變區(qū)的變化證實了這一現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)尤其是V1區(qū)氨基酸在群體進(jìn)化過程中有稍許的增長(0.5-3個氨基酸),這與前人的報道一致,證明了V1區(qū)不斷地增長,這可能是逃避中和抗體識別的結(jié)果。基于HIV gp120蛋白V1區(qū)可能在傳播和進(jìn)化中起到的重要的作用,我們利用不同的HIV-1亞型,構(gòu)建了一系列的V1區(qū)缺失和糖基化的突變體,來研究它在膜蛋白功能中的起到的作用。結(jié)果表明,盡管V1區(qū)的序列高度的可變,沒有明顯的規(guī)律可循,但是V1區(qū)對于膜蛋白的正常功能,如膜融合和病毒感染是必不可少的;進(jìn)一步的實驗表明V1區(qū)可能是通過影響了膜蛋白的表達(dá),成熟切割以及包裝效率來發(fā)揮功能。而相對于V1區(qū)的缺失,糖基化則可能有不同的作用。這些實驗證明了V1區(qū)在HIV傳播感染中的重要作用�？偨Y(jié)本研究,我們首先對SIV和HIV傳播進(jìn)化過程中膜蛋白在不同階段的選擇壓力進(jìn)行分析,探討了SIV和HIV的進(jìn)化關(guān)系和進(jìn)化地位,提示了它們的進(jìn)化方向和規(guī)律。然后針對目前HIV研究中廣泛關(guān)注的傳播瓶頸可能選擇的一些序列特征(如膜蛋白的可變區(qū)),對SIV和HIV傳播進(jìn)化歷史過程中膜蛋白序列進(jìn)行相應(yīng)的氨基酸變化特點分析,發(fā)現(xiàn)了可變區(qū)V1可能作為傳播選擇的靶位點在長遠(yuǎn)的進(jìn)化歷史中的證據(jù),這對充實理解現(xiàn)有HIV傳播過程中膜蛋白的選擇特點提供了獨特的證據(jù)和思路。最后通過對HIV不同亞型的膜蛋白的V1區(qū)進(jìn)行功能研究,確定其在影響膜蛋白的功能和病毒感染中的重要作用。
[Abstract]:鏈夎秴榪，

本文編號：1425280