牛冠状病毒纤突蛋白的结构与功能分析

陆桂丽; 苗书魁; 魏婕; 魏玉荣; 米晓云; 海力且木·买买提依明; 《新疆农业科学 》 2024 北大核心 CSCD

摘要：【目的】研究新疆牛冠状病毒(Bovine coronavirus,BCoV)流行株的遗传变异规律，分析纤突(Spike, S)蛋白结构与功能特征。【方法】对新疆巴楚县某牛场BCoV阳性的犊牛粪便，提取病毒RNA,采用RT-PCR方法扩增S基因，通过序列测定和拼接，获得BCoV S基因全长序列，对其开展生物信息学分析和遗传进化分析。【结果】获得BCoV S基因核苷酸序列(GenBank索引号：OR136878.1)。S基因全长4 092核苷酸(nucleotide, nt),编码1 363氨基酸(amino acid, aa)。BCoV S蛋白分子量为150.67 Ku,等电点为5.29,有1个跨膜螺旋区，亲水性较弱，疏水性略强。S蛋白主要分布于宿主细胞的内质网膜和高尔基体，具有信号肽的概率为0.984 2,是分泌型蛋白，含有14个潜在的N-糖基化位点和132个磷酸化位点。S蛋白具有3个结构域，其中受体结合结构域(Receptor binding domain, RBD)共含有215 aa,无规则卷曲(Coiled coil, Cc)占比最高(62.79%),其次为延伸链(Extended strand, Es)(20.47%)和α-螺旋(α-helix, Hh)(12.56%),β-转角(β-turn, Tt)占比最少(4.19%)。筛选出S蛋白15个优势B细胞表位和11个T细胞表位。S蛋白能与SWISS-MODEL数据库中模板(SMTL ID:7sbw.1.C)同源建模，二者序列相似性为92.00%,模型GMQE值为0.76,QMEAN值为0.82,符合率较高，拉氏图(Ramachandran plots)的Ramachandran favored值为96.14%,表明空间构象合理，模型准确可靠。遗传进化试验扩增的BCoVS基因序列，与2016年我国新疆的BCV-Aks-01株处于同一小分支，两者S基因核苷酸序列同源性为99.1%。【结论】BCoV S蛋白存在多个抗原表位。RBD在病毒进入宿主细胞时具有重要作用，可针对RBD序列设计疫苗靶点，阻止病毒与宿主受体结合。采用生物信息学方法首次分析BCoV S蛋白理化性质、信号肽和亚细胞定位、磷酸化位点、糖基化位点、结构域、抗原表位、三级结构和RBD二级结构等特征，为BCoV S基因遗传进化、结构与功能研究、疫苗研发、靶向药物设计提供参考。

关键词： 牛冠状病毒 纤突蛋白 生物信息学分析