La struttura cristallina di un dominio di legame del recettore del virus schiumoso delle scimmie fornisce indizi sull'ingresso nelle cellule ospiti

Nature Communications volume 14, numero articolo: 1262 (2023) Citare questo articolo

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La glicoproteina dell'involucro superficiale (Env) di tutti i retrovirus media il legame del virus con le cellule e la fusione delle membrane virali e cellulari. È stata ben stabilita una relazione struttura-funzione per l'HIV Env che appartiene alla sottofamiglia degli Orthoretrovirus. Tuttavia, per l'Env dei virus Foamy (FV), la seconda sottofamiglia retrovirale, mancano in gran parte le informazioni strutturali. In questo lavoro presentiamo la struttura a raggi X del dominio di legame del recettore (RBD) di un FV Env scimmiesco con una risoluzione di 2,57 Å, rivelando due sottodomini e una piega senza precedenti. Abbiamo generato un modello per l'organizzazione degli RBD all'interno del trimerico Env, che indica che i sottodomini superiori formano una struttura a gabbia all'apice dell'Env e abbiamo identificato i residui K342, R343, R359 e R369 nel sottodominio inferiore come attori chiave per l'interazione dell'RBD e delle particelle virali con l'eparan solfato.

Gli spumaretrovirus, noti anche come virus schiumosi (FV), sono antichi retrovirus che si sono coevoluti con ospiti vertebrati per oltre 400 milioni di anni1,2. I FV sono prevalenti nei primati non umani, che possono trasmetterli agli esseri umani, il più delle volte attraverso i morsi3. A differenza dei loro parenti Orthoretrovirinae meglio studiati (l'HIV è il membro più importante), i FV hanno genomi che mutano estremamente lentamente e non inducono patologie gravi nonostante si integrino nel genoma dell'ospite e stabiliscano infezioni persistenti per tutta la vita4,5. Queste caratteristiche, insieme all’ampio tropismo e all’ampio range di ospiti6, rendono i FV candidati vettori attraenti per la terapia genica7.

Le proteine ​​di fusione virali guidano la fusione della membrana attraverso un cambiamento conformazionale, che può essere innescato dall'acidificazione in un compartimento endosomiale e/o dal legame con uno specifico recettore cellulare8,9. I FV entrano nelle cellule per endocitosi, con la fusione delle membrane virali e cellulari che avviene nel compartimento endosomiale in modo sensibile al pH, portando al rilascio del nucleocapside nel citosol10. L'eccezione è il prototipo FV (PFV), che può anche fondersi sulla membrana plasmatica11. La glicoproteina dell'involucro FV (Env) appartiene a un fusogeno di classe I12, che viene sintetizzato come precursori a catena singola che si ripiegano in trimeri e i cui protomeri vengono successivamente scissi nel compartimento del Golgi durante il trasporto alla superficie cellulare. FV Env viene tagliato in due siti dalla furina cellulare durante la maturazione, dando origine a 3 frammenti: il peptide leader (LP), la subunità di superficie (SU), che include il dominio di legame del recettore (RBD), e la subunità transmembrana (TM ), che ospita i macchinari per la fusione. Le informazioni strutturali disponibili per FV Env sono limitate alla tomografia crioelettronica (ET) delle particelle virali e alla ricostruzione al microscopio crioelettronico (EM) a 9 Å di PFV Env13, che ha rivelato trimeri LP-SU-TM disposti in gruppi esagonali interconnessi13, 14, con un'architettura diversa da quella dei trimeri HIV Env15.

L'eparan solfato (HS) è un fattore di attacco per PFV e FV felino16,17 ma i requisiti per un recettore superficiale o intracellulare, che potrebbe innescare la fusione della membrana da parte di FV Env, rimangono poco chiari. La ricerca di un recettore è stata complicata dal legame del FV con l'HS, che è espresso ubiquitariamente sulle cellule, mascherando potenziali candidati recettori di ingresso. Un RBD bipartito, costituito da due regioni discontinue della catena polipeptidica, è stato identificato mediante screening di un pannello di troncamenti di SU ricombinanti per il legame con le cellule18. È stato inoltre dimostrato che l'RBD è l'obiettivo principale degli anticorpi neutralizzanti negli esseri umani infetti19,20.

FV Env è fortemente glicosilato, con almeno 13 siti di glicosilazione N-linkati previsti. Le analisi mutazionali hanno rivelato che tre di questi siti N sono essenziali per l’infettività del PFV: 2 situati nella subunità TM e uno nell’RBD. Quest'ultimo sito, indicato come sito di glicosilazione 8 o N821, è conservato in tutta la sottofamiglia FV ed è stato suggerito che svolga un ruolo diretto nel legame con un recettore18 (per distinguere la nomenclatura dei siti di glicosilazione N-linkati previsti (da N1 a N15) dal simbolo a lettera singola dell'asparagina (N), la prima sarà sottolineata in tutto il testo). I rimanenti determinanti molecolari dell'interazione dell'RBD con le cellule ospiti rimangono sfuggenti, in gran parte a causa della mancanza di informazioni strutturali, che ha precluso approcci razionali alla mutagenesi e alle analisi funzionali. Non sono disponibili una struttura ad alta risoluzione dell'RBD FV, informazioni strutturali riguardanti l'organizzazione degli RBD all'interno del trimero Env e il modo in cui gli RBD contribuiscono all'attivazione di Env.