口蹄疫病毒基因组结构及功能

口蹄疫病毒基因组结构及功能 沧州师范专科学校学报23 卷第4期 No.4 Vol.23 第 2007年 12 月Dec.2007Journal of Cangzhou Teachers’College 口蹄疫病毒基因组结构及功能 孙 靖,于海峰 ,吉林大学农学部 畜牧兽医学院,吉林 长春 130062, 摘 要,口蹄疫病毒的基因组结构和功能是开展口蹄疫研究工作的基础。口蹄疫病毒的基因组 5’U由TR、 ORF 和 3’UTR 及 Poly(A)组成,全长约 8500nt。本篇对基因组结构和功能作详细叙述。 关键词:口蹄疫病毒;结构;功能;基因组 中图分类号,S852.65文献标识码:A 文章编号:1008-4762(2007)04-0116-03 [2]才最适于生存。一般认为 VPg 在病毒 RNA 开始复制时起重 口蹄疫,Foot-and-mouthdis ease,FMD,是由口蹄疫病毒 引起偶蹄动物的最烈性传染病之一,可引起世界性的大流行并 要作用,同时参与病毒装配,只有在病毒RNA 与 VPg 结合后, 造成巨大的经济损失,严重影响人民的生活与畜牧业发展,同 才能够被装入病毒[1]。因此,只要 VPg 保 持完整,就会形成 具有感染性的病毒粒子。3B 基因由 3 个重复的紧密相关的基 时对国际贸易也造成重大影响,在国际上被称为政治经济病。 口蹄疫病毒,Foot-andmouth diseasev iruse,FMDV,属小R NA 因组成,编码 VPg1(3B1)、VPg2(3B2)V和P g3(3B3),分别由 - 病毒科、口蹄疫病毒属,该基因为单股正链无囊膜RNA 病毒, 23,24,24个 氨基酸组成。以酯键共价结合到正链和负链RNA 其宿主范围广,遗传变异率高,抗原差异大,现已有7 种血清 的 5，端 pUpU上形成 VPg-pUpU 结构,结合在新合成的正链 型,A、O、C、AsiaI、SAT1、SAT2、SAT3,和百余种血清RNA5，端的 VPg可能是 一个包装信号。 FalkMM等 (1992)通亚型并且每年还有为数众多的新变异株出现,血清型间无交叉 过对 VPg编 码区基因的一系列突变研究证实,这些突变会干扰 免疫现象。即使是免疫动物在接触新病毒后,也可形成隐性感 VPg与病毒 RNA 结合和水解过程。 2.2 非翻译区染而持续带毒,在免疫和非免疫条件下病毒均可适应机体而长 5，-UTR 约含 1300个碱基。 S 片段由 360个 碱基组成, 期存在。FMDV的这 些特性给 FMD 的防治带来了很大困难。[3]可形成一个长茎环结构(setm-loop) 。 BunchT 等(1994)认为S 1 形态特征和理化特性 片段对维持基因组的功能不是十分重要,但其具体功能未知。 口蹄疫病毒是已知最小的动物病毒之一,病毒的直径为 由其它小 RNA 病毒基因组的研究推测,在病毒感染宿主细胞 20,25 nm,呈大致的圆形或六角形。在负染标本中,可见衣 后,S 片段可能维持病毒 RNA 基因组结构的稳定,并有利于 壳由 32 个壳粒组成。成熟的病毒粒子约含 30,RNA,其70余 [1][4],为蛋白质,分子量约为 2.6×106,2.8×106。FMDV的 完整 基因组的复制。有报道认为,S片段可以 影响病毒的致病性, 粒子的衣壳由 1A(VP4)、1B(VP2)、1C(VP3)和1D (VP1)四种结 但目前还没有直接的证据证明该观点。 构蛋白各 60 个分子组成。装配过程中的前衣壳(75S)和14S 颗 S 片断下游是约 400bp的 Poly(C)序列。Poly(C)片段几乎 粒均由 1AB(VP0)、1C和 1D3 三种蛋白质构成。口蹄疫病毒裂 全部由胞嘧啶组成,约占 90%,仅有少量的U 与 A,大部分形 解时产生的 12S 的蛋白亚单位由 1A、1C 和 1D 三种蛋白质各 成二、三级结构,Poly(C)的长短因毒株不同而有很大的差异。 [5]5 个分子组成。1 个蛋白亚单位构成病毒粒子二十面体的一个 Harris 和 Brown对病毒株 Poly(C)区研究发现 Poly(C)的长短与 面。 病毒的毒力有关,缺失 Poly(C)的 cDNA 不具有感染性。也有 2 基因组结构特点研究表明, Poly(C)长度达到 60个 C 残基时(与自然分离株的 FMDV 基因组是单股正链 RNA,呈线状,全长约 8.5kb, 长度相当)才能产生感染性病毒粒子。EscarmisC(1992F)将MD V由 5，端非编码区、开放阅读框(ORF)、3，端非编码区和Poly (A) 在 BHK21 细胞上连续传 100代后 ,发现 Poly(C)增加了 145bp ,组成。5，端非编码区含有S 片段、poyl(C)、功能未知区和内 并对小鼠和牛的致病力大大降低。由此可见,FMD的V Poly(C) 部核糖体进入位点等。ORF 由 L 基因、P1 结构蛋白基因、及其长度可能与病毒 RNA 毒力有关。 Poly(C)结构下游存在一P2、 P3 非结构蛋白基因组成,共同编码一聚合蛋白。 系列假节结构,其功能目前还不 清楚。假结结构的下游有一个发夹结构,该结构是一个顺式复2.1 VPg[6] 制元件(cis-actingreplicativeelement,cre)。cre 是在研究人的 鼻不同的口蹄疫病毒株具有三种不同的VPg 。资料表明,VPg 病毒和脊髓灰质炎病毒的基因组中发现的,该结构为一茎环 基因相当稳定,只有在3 个 VPg 基因都编码的情况下 FMDV * 收稿日期,2006-05-08 sequence of foot-and-mouth diseasevirus RNA to the 5，必然联系。O/TAW/97基因工程缺失3A病毒在BHK和猪细胞中 也有RNA合成的部分降低,经过改造后的毒株在所有类型细胞 side of the poly (C) tract. Gene,1985,40,331-336. [4]Barton D J,O.Donnell B J,Flanegan J B.clover leafinpolio 中病毒RNA复制机制可能受损。3A、3AB是重要的RNA复制因 子,与细胞内膜密切相关。3C蛋白是病毒的一种蛋白酶,能单virus RNAi sacis-acting replication element required for 独发挥作用,具有催化病毒聚合蛋白裂解和宿主蛋白裂解的作 negativeste rand synthesis [J].E MBOJ,2001,20:1439-用。3C可以催化聚蛋白的次级裂解在,P1、P2和P3内发挥裂解 1448. 作用。同时,3C也可能抑制宿主细胞基因正常转录。3D为RNA [5] Harris,T.J,Brown,F. Biochemical analysis of a virulent 依赖的RNA聚合酶,催化病毒RNA的合成。3D编码区相对保 and anavirulent strain of foot-and-mouth disease virus. 守。病毒以VPg为引物,以3D为RNA聚合酶,以3A、2B、2及C 一些宿主蛋白形成复制复合体,附着在胞质内膜结构上合成负 [J]. Gen. Virol. 1977,(34):87-105. NucleicAcidsRes.链RNA,再以负链RNA为模板合成正链RNA。VP0、VP1和VP3 picornavirus[J].[6] Forss,S.,Schaller,H.,A tandem repeat gene in a 各一分子组装成一个非对称的原体,5个原体形成一个五聚体, 1982,(10):6441-6450. 12个五聚体包裹新合成的正链RNA形成一个病毒粒子,VP0自 [7] Mc Knight,K.L.,Lemon,S.MC. apsid coding sequence is required for efficient replication of human rhinovirus 我裂解为VP2和VP4 ,从而完成病毒粒子的包装成熟过程。 2.4 非结构区14 RNA. J.Virol.1996,(70): 1941-1952. ORF 下游 3，-UTR 序列可自身折叠成茎环结构。3，-UTR [8] Mc Knight,K.L,Lemon,S.M. The rhinovirus type 14 中存在病毒复制所需的基序,对病毒基因组的复制有重要作 genome contains an internally located RNA structure that 用,复制过程中 3，-UTR 可以结合很多病毒复制相关蛋白。 is required for viral replication. RNA .1998, (4):1569-Gutierrez等利用 3，-UTR 的反义 RNA 干扰 FMDV 的实验证 1584. 明,感染 FMDV 的细胞中病毒的翻译没有受到影响,但FM DV 基因组的复制却明显受到抑制。如果缺失了3， -UTR,FMDV [9] Falk,M.M.,Sobrino,F. VPg gene amplification correlates 的翻译效率会明显下降,在转染细胞中也不能获得活的病毒。 with infective particle formation in foot-and-mouth 用 SVDV 相应区段替代 3，-UTR,病毒也不能获得活病毒。 disease virus. J. Virol. 1992,(66): 由此证明,3，-UTR 对 FMDV 具有特异性,3，-UTR 的删除 2251-2260. [10]张显升,赵启祖,刘在新,等.口蹄疫病或替换会降低或消除病毒的感染性和复制能力。 毒基因组内部核 2.5 Poly(A)尾巴 E,FullkrugR,etal.Function3，-UTR 下游是长度不一的 poy(lA)结构。Poly(A)尾与病 [11]C糖aoX体进入位点一级和,Bergmann二级结构分析[J].病毒学报,2002, I alanalysis of the two alter native translation in毒的感染性有关,Poly(A)越长感染性越强。Potor等 分析了 5 18(2):14-22. itiation sites of foot-and-mouth disease virus[J].J 种血清型 FMDV Poly(A)的侧翼序列发现 Poly(A)上游的 20bp 具有 75%的同源性。Poly(A)共价连接于细胞的 mRNA和异质 Virol,1995,69:560-563. 核 RNA 的 3，末端,小 RNA 病毒在复制期间以它们的负链 [12] Piccone M. E,Rieder E,MasonP W,et al.The foot-Poly(U)为模板合成正链的 Poly(A)尾巴。GrubmaMnJ(1979)认 and-mouth disease virus leader protein ase gene is not 为 Poly(A)尾巴具有起始R NA 的合成和保护 mRNA 免受细胞 required for viral replication[J].J Virol,1995,69:5376-核酶降解的作用。 5382. 3展望 FMDV 基因组是开展其结构与功能研究的前提条件,只有[13]Guarne A.HampoelBz .G laser W.,et al. Structural and 了解基因组的组成,才能更深入地进行序列比较、基因功能、 biochemical features distinguisht he foot-and-mouth diseas毒力演变、基因组调控元件、高级结构与表型关系以及复制和 virus leader proteinase from other 翻译机制的研究。在充分认识 FMDV 基因组的基础上,可以 papain-likeenzymes[J].JMoliol,2000,302:1227-1240. 通过敲除致病基因构建 FMDV 载体;FMDV 核苷酸特别是 1D [14]Kitson J D A,Mc Cahon D,Belsham G J. Sequence analysis of 基因的序列比较,可作为 FMD 流行病学分析,疫情监测及预 monoclonal antibody resistant mutants of type O 报的有效手段,同时,FMDV 基因组的研究可为基因工程新型 疫苗研制奠定坚实的基础。 foot-and-mouth disease virus: evidencefor the in volvement of the three surface exposed capsid proteins 参考文献:in four antigenic sites[J].Virology,1990, [1] 殷震,刘景华.动物病毒学,第二版,[M].北京,科学出 版179:26-34. [15]雷连成,陈伟,韩文瑜,等.家畜口蹄疫社,1997,645-652. 研究进展[J].中 [2] 刘庆军.口蹄疫病毒基因组的结构及其功能[J].动物医学 进[责任编辑,尤书才] 国预防兽医学报,2001,23(4):316-319. [16]徐为燕.兽展,2005,26,1,,1-5. 医病毒学[M].北京:农业出版社,1993:56-59. [3] Newton,S.E,Carroll,A.R.Campbell,R.O et al.The