アルファコロナウイルスの適応と進化における受容体結合ループ

RNAウイルスは、高い突然変異率、環境変化に対する緩衝液によって特徴付けられます。それにもかかわらず、ランダム変異がウイルスのフィットネスを改善する手段は、十分に特徴付けられていません。ここでは、その受容体であるアミノペプチダーゼN（APN）のエクトドメインと複合的に、ヒトコロナウイルスHCOV-229Eの受容体結合ドメイン（RBD）のX線結晶構造を報告します。3つの拡張ループは、受容体結合に単独で責任を負い、HCOV-229Eとその近親者の進化には、ループ受容体の相互作用の変化が伴います。系統解析は、観察された天然HCOV-229E受容体結合ループの変動が、過去50年間にヒト集団でウイルスが互いに連続して置き換えられた6つのRBDクラスを定義することを示しています。これらのRBDクラスは、APNに対する親和性と、HCOV-229E中和抗体を結合する能力が異なります。合わせて、我々の結果は、受容体結合のための拡張ループの使用に基づいて、アルファコロナウイルスの適応と進化のモデルを提供します。

RNA viruses are characterized by a high mutation rate, a buffer against environmental change. Nevertheless, the means by which random mutation improves viral fitness is not well characterized. Here we report the X-ray crystal structure of the receptor-binding domain (RBD) of the human coronavirus, HCoV-229E, in complex with the ectodomain of its receptor, aminopeptidase N (APN). Three extended loops are solely responsible for receptor binding and the evolution of HCoV-229E and its close relatives is accompanied by changing loop-receptor interactions. Phylogenetic analysis shows that the natural HCoV-229E receptor-binding loop variation observed defines six RBD classes whose viruses have successively replaced each other in the human population over the past 50 years. These RBD classes differ in their affinity for APN and their ability to bind an HCoV-229E neutralizing antibody. Together, our results provide a model for alphacoronavirus adaptation and evolution based on the use of extended loops for receptor binding.