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猪繁殖与呼吸综合征病毒分子生物学研究进展

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-02-27 21:58
tags:

-

2021年2月27日发(作者:maden)


微生物学通报

















































MAR 20



2008



35(2)



1~6










Microbiology





































Copyright?2008 by Institute of Microbiology, CAS


tongbao@




















































专论与综述



猪繁殖与呼吸综合征病毒分子生物学研究进展



韦祖樟










袁世山


*



(


中国农业科学院


< br>上海兽医研究所


/


中国动物卫生与流行病学中心上海分中 心



动物传染病防治研究室



农业部动物寄生虫病重点研究室



上海



200232)







:



猪繁殖与呼吸综合征病毒是引起猪繁殖与呼吸综合征的病原体


,


本文对


PRRSV


的基因


组结构、病毒的非结构蛋白和结构蛋白的及其功能的分子生物学研究进展做了简要综述。



关键词


:



猪繁殖与呼吸病毒


,


分子生物学




Current Advances on Molecular Biology of Porcine Reproduc-


tive and Respiratory Syndrome Virus


WEI Zu-Zhang



SUN Zhi



YUAN Shi-Shan


*



(


Department of Animal infectious Diseases


,


ShangHai veterinary Research Institute


,


China Academy of Agricultural sciences


,


The


Key Laboratory of Animal Parasitology


,


Chinese Ministry of Agriculture


,


ShangHai


200232)



Abstract


: Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome virus (PRRSV) is the etiological agent of Por-


cine Reproductive and Respiratory Syndrome. We summarized the recent research progress on molecular bi-


ology of PRRSV including the structure of genome, viral structural and Non-structural protein.


Keywords:


PRRSV


, Molecular biology, Arterivirus


猪繁殖与呼吸综合征 病毒


(Porcine Reproductive


and Respiratory Syndrome virus, PRRSV)


与马动脉炎


病毒


(Equine


Arteritis


virus,


EAV)


、小鼠乳酸脱氢酶



高症病< /p>



(Lactate


dehydrogenase-elevating


virus,


LDV)


、以及猴出血 热病毒


(Simian hemorrhagic fever


virus,


SHFV)


同属于动脉 炎病毒属


(arterivirus),


动脉


炎病毒科


(arteriviridae),


套式


(


又称“巢状”


)


病毒目


(Nidovirales)







呼< /p>






(PRRS)



PRRSV

< br>引起的一种危害严重的接触性传染病


,


俗称





























基金项目:


国家自然科学基金


(No.30 530580)


*


通讯作者:


Tel: ,



: shishanyuan@



收稿日期:


2007-06-14;


接受日期


:


2007-09-07



“蓝耳病”


(Blue-eared Disease)


。根据血清型和遗传






,




PRRSV


< br>分








(Genotype), < /p>


即欧洲


(



)< /p>



(


代表株


Le lystad


viru


s,


LV )


和美洲


(



)



(


代表株


VR 2332)


。前者主要流行


于欧洲地区

< br>,


而后者主要流行于美洲和亚太地区


[1]

< p>


该病于上个世纪


80


年 代后期在美国首先被发现


[2]


;


随 后相继在世界各国报道。


1996


年我国郭宝清等人

< p>
首次从国内


PRRS


血清阳性猪群中分离到


PRRSV,


证实了我国也有该病的流行


[ 3]


。由于没有有效的防


2



微生物学通报



2008, Vol.35, No.2





制手段


,


PRRS


在国内预演愈烈


,


直接和间接地造成



2006

< br>年流行我国大部分省份的所谓“猪无名高


热”


,


又称“猪高热综合征”


[4]


。据粗略估计< /p>


,


后者


2006


年导致


1000


万-


3000


万头生猪死亡。


PRRS


及并发症防而不止的 原因在于对


PRRSV


的复制过














< br>本








PRRSV

< br>分子生物学研究进展做一概述


,


以期从根本

< p>
上有针对性地防控


PRRS


进行理性思考。



1



PRRSV


基因组的结构


< p>
PRRSV


基因组为不分节段的单股正链


RNA,


全长约


15Kb,


具有


5



端帽状结构和


3



poly(A)


尾。



5







(








,


untranslated


region,


5′UTR


)


长为


189-222


核苷酸

< br>(nucleotide,


nt),


3



末端


UTR


长约


110



150nt.


蛋白编码区包含至少八个部













(Open


Reading


Frame,


ORF),



5


端占基因组总长四分之三的


ORF1

编码


包括


RNA


依赖性

< p>
RNA


聚合酶


(RNA-dependent RNA


polymerase,


RdRp)


等具有病毒复制与转录功能非结



< br>白


(


Non-Structural


Proteins,


Nsp


), < /p>







(replicase)


和转录酶


(transcriptase)


复合体


(Co mplex)



ORF1


可进一步划分 为


ORF1a



ORF1b,


ORF1a



编码的复制酶多肽


(polyprotein,pp)pp1a


具有蛋白水

解酶功能


,


位于下游的


ORF1 b


采用


-1


核糖体移码


(-1


ribosomal frameshifting)


机制的表达多聚蛋白


pp1ab


据信


,


有两个信号促使核糖体移码的发生


,


第一个


信号是滑动序列


(slippery sequences),



-1


核糖 体的






,



PRRSV,

< br>这










GUUUAAAC,


紧跟其后的就是


O RF1a


的终止密码子


(AUG);


第二个信号位于滑动序列下游的


RNA


假扣

结构


(RNA pseudoknot structure)



EAV


系统中


,



两个信号是


RNA


聚合酶翻译过程中-


1


核糖体移码


所必需的


,


PRRSV


的移码信号尚需试验验证。基因


组近


3



端至少有


6


个开放阅读框架编码病 毒的结构




,









要< /p>









< p>
(discontinuous


transcription)


产生至少六个亚基因组


/wswxtbcn


mRNA(subgenomic


mRNA,


sgmRNA)



sgmRNA


mRNA1(


亦即病毒基因组


R NA, vRNA)


共享


5



UTR



3



UTR


以及


poly(A)

。感染细胞中的


RNA


组分按大


小 排列为


mRNA1-7


。除


ORF7< /p>



,


mRNA


在结构上


呈现为多顺反子


(polycistronic),


即每一个下游


ORF


序列都存在于上游


ORF



mRNA

分子中。但除


mRNA2


之外


,


每一条


mRNA


在功能上表现为单顺< /p>


反子


(monocistronic),


即只有位于最上游的


ORF



以从一 条


mRNA


中表达


,



mRNA2


因同时编码


OR F2a



ORF2b,


则呈现为双顺 反子


(dicistronic)



动 脉炎病毒的


5



UTR


存在于每条


mRNA


上游的


O RF



,


故又称为前导序列


(Leader)



PRRSV


Leader


3


< br>末




















(5


< p>
-UUAACC-3



),









位< /p>



(leader


junction site, LJS)



这一保守序列同时存在于基因组


中下游的每个


ORF


之前

,


每个下游的


5



-UUAACC-


3



被 相应地称为编码体序列连接位点


(body


junction


site,


BJS)



5



UTR



LJS


与下游的每个


ORF


前的


BJS


的相互配对


,

< p>
从而介导


leader


与下游序列的非

< p>
连续性跳跃


(jumpping)


连接。


非连续性连接产生的是


mRNA,


因此这个过程实际上是病毒基因的转录


,

即所谓的“非连续性转录


[1]


。因其参与调节转录过



,


故这个六碱基保守序列称为“转录调 控序列”


(transcription-regulating


sequence,


TRS),


或者 转录启


动子


(transcriptional promoter)




2



PRRSV


非结构蛋白及其功能



ORF1a



ORF1b

< br>分别编码具有病毒的复制酶



RNA

聚合酶功能的两个多聚蛋白


pp1a


pp1ab,


pp1a



pp1 ab



ORF1a


编码的蛋白水解酶加 工成


12


个推测的非结构蛋白


(Non -structure protein, Nsp)



ORF 1a


编码具有多肽蛋白切割功能的蛋白水解酶。


其中

< p>
Nsp1


具有木瓜蛋白酶样半胱氨酸蛋白酶活性


( papain-like


cysteine


proteinse,


PCP),


它能介导自身


从多聚蛋白中切割出来。


Nsp1


包括


PCP1


a


< p>
PCP1


β



锌指


(zinc finger, ZF)


等三个结构域


, PCP1


a< /p>


能快速释


韦祖樟等


:


猪繁殖与呼吸综合征病毒分子生物学研究进展




3





N








(Nsp1a),




P CP1


β




Nsp1/Nsp2


位点


,


使


Nsp1


从多聚蛋白中释放出来。


PCP1< /p>


a


催化位点是


Cys75/His146 ,



Nsp1a/Nsp1


β


之间具体切割位点还没有定论。


PCP1


β< /p>


的催化位点


分别为


Cys276/His 345



Cys269//His340,

< br>其切割位


点为


Tyr384/Gly385



虽然


Nsp1


具有


ZF


结构域


,


但< /p>


其具体功能还没有确定


[5]



Nsp2


具有半胱氨酸蛋白


< br>(


cysteine


proteinse,


CP2


)


活性


[6]< /p>


,


介导


Nsp2/Nsp3

< p>
切割。


CP2


位于


Nsp 2


N


端结构域中


,



EAV,


CP2

< br>催






Cys271



His332,







Gly831/Gly832,


此催化 位点和切割位点在所有动脉


炎病毒中是高度保守的。


Nsp2< /p>


在各基因型中和同一


基因型之间变异很大。欧洲型


PRRSV


Nsp2



73 4



750


位氨基酸之间有一段


l7


个氨基酸的缺失区


,

< br>同为北美洲型的


HB



2


株、


BJ



4


株、


VR2332




cH



1a



,



Nsp2

的氨基酸序列同源性在


78



3< /p>


%—


88



9< /p>


%之间


[7]


。而且

Nsp2


蛋白具有耐受


碱基插入或缺失的能力。

< p>
HB-2


株在该区存在


12



氨基酸缺失现象


, MN184



Nsp2


缺失


100

< br>多个氨基



,



sp184212


株的


Nsp2

区插入了


30


多个氨基酸


[8][ 9]


。因此


Nsp2


可用于监测


PRRSV


的变异的独特


标记。


2006


年-


2007


年我 国大部分省份发生猪高热


综合征


,


从中分离到变异的


PRRSV,


根据动物回归


试验


,


从“高热病”分离的


PRRSV


变异毒株为高致


病性毒株


[10][11]



遗传进化分析发现高致病的


PRRSV


Nsp2


存在特异


30


多个氨基酸缺失


,


推测


Nsp2


为高


致病性


PRRSV


的毒力因子


[11]


,


但是目前还没有任




验< /p>









< p>









PRRSV


感染性克隆


pCBC 2


和高致病的


HP


PRRSV


感染性克隆


(


未发表


)


。目前正对强、弱毒株的感染


性克隆的非编码区以及各个结 构蛋白和非结构蛋白


进行相互替换。


特别是对

< br>Nsp2


各个结构域进行系列


的缺失和突变


,


从而剖析


Nsp2


对病 毒复制和转录中


作用。


有趣的是


, Nsp2


作为一个多功能的蛋白


,


除 了


本身作为半胱氨酸蛋白酶进行自身的水解加工以外


,


该蛋白还存在多个具有高免疫原性的


B


细胞表 位


[12][13]


,


针对这些表位 的抗体能够在感染一周内检测


到。这些免疫表位在免疫应答中的作用还需进一步


研究。


NSP4


具有


3 C


样丝氨酸蛋白酶活性


(3C-like


serine


proteinases,3CLSP),


EAV


3CLSP


是目前研究


相对比较透彻的主要蛋白酶


[14, 15]



X-


射线晶体结构


显示


3CLSP


折叠成两个


?


-


桶结构。


?


-


桶结构含有一


个催化中心


(His-1104/Asp-11 30/Ser-1185)


和一个底


物连接袋

< br>(substrate-binding pocket)


构成了典型

< p>
3C



丝氨酸蛋白酶活性的催化结构域。



EAV


复制酶中


,


3CLSP



pp1ab


多聚蛋白中至少有


8


个切割位点

,


其中


5


个在

ORF1a



C



,3


个在


ORF1b


编码的多


肽中。


有四个切割位点是为


Glu/G ly,


三个是


Glu/Ser,


而另 一个则是


Gln/Ser,


这些切割位点在所有的动脉


炎病毒中都是保守的。


3CLSP



ORF1b


编码的多肽


pp1ab


切割成


Nsp9



Nsp1 0



Nsp11


Nsp12


等四个


非结构蛋白


,


这些蛋白形成复制酶复合体


(Replicase


Complex),


同步完成动脉炎病毒基因组的复制和亚< /p>


基因组转录。


Nsp9


具有


RNA


依赖的


RNA


聚合酶


(RNA-dependent RNA polymerase ,RdRp)


活性


, RdRp


结构域 是


RNA


的复制和转录的引擎。


Nsp 10


由其


C


端的超家族


1(superfamily1, SF1)


解旋酶


( helicase,Hel)


结构域和


N


端锌结合结构域


(zinc-binding


domain,


ZBD)


组成


[16]


,


具有


A TP



(ATPase)


和解旋酶活性 。


锌结合结构域对解旋酶功能的行使是必需的


[17]


,




ZBD


中的单个残基的替代或整个结构域的缺失


可致


Nsp10


功能失活


,


而且失活的< /p>


Nsp10


功能不能


被野型


ZBD


反式互补


(in


trans


),


说明


ZBD



Nsp10


也起到顺 式


(in



cis

)


调控功能的作用。故可以推测


ZBD









制< /p>









,



PRRSV


的复制和转录中起着关键作用。< /p>


Nsp11


具有


套式病毒特异的核糖核酸 内切酶


(Nidovirus-specific


endoribonuclease,Nendo U)


功能蛋 白结构域。


NendoU


是套式病毒


( Nidovirales)


复制酶


C


端 的最保守区域


,


在冠状病毒中


, N endoU



Mn


2

< br>+


依赖性的


,


能产生


2




3



环状磷酸化末端和切割


GU



GUU


序列中的尿


苷酸

< p>
,


具有催化作用的三个残基


(His-162,


His-178,


/wswxtbcn

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