| Hemagglutinin | |
|---|---|
| Identifierare | |
| Symbol | Hemagglutinin |
| Pfam | PF00509 |
| Interpro | IPR001364 |
| SCOP | 1 hgd |
| SUPERFAMILJ | 1 hgd |
| OPM superfamilj | 109 |
| OPM-protein | 6hjq |
| Tillgängliga proteinstrukturer | |
| Pfam | strukturer |
| PDB | RCSB PDB ; PDBe ; PDBj |
| PDBsumma | 3D-modell |
| Hemagglutinin stam av influensavirus subtyp C | |
|---|---|
| Struktur av fusionsglykoproteinet av hemagglutinin och influensa C-esteras erhållet genom röntgenkristallografi | |
| Identifierare | |
| Symbol | Hema_stjälk |
| Pfam | PF08720 |
| Interpro | IPR014831 |
| SCOP | 1flc |
| SUPERFAMILJ | 1flc |
| OPM superfamilj | 277 |
| OPM-protein | 2jrd |
| Tillgängliga proteinstrukturer | |
| Pfam | strukturer |
| PDB | RCSB PDB ; PDBe ; PDBj |
| PDBsumma | 3D-modell |
Influensavirushemagglutinin ( HA ) är ett homotrimert glykoprotein som finns på ytan av influensaviruset och är nyckeln till dess infektionsmekanism.
Hemagglutinin är ett klass I-fusionsprotein, förutom funktionen att fästa till cellmembranet, som vidare direkt utför membranfusion. Således är hemagglutinin å ena sidan ansvarigt för att influensaviruset fästs vid sialinsyramolekylen på målcellens membran, i synnerhet celler i de övre luftvägarna eller erytrocyterna [1] följt av endocytos av viruset [2] . Vidare, i en miljö med lågt pH (5,0-5,5), orsakar hemagglutinin fusionen av virushöljet med membranendosomen [ 3] .
Namnet "hemagglutinin" kommer från förmågan hos detta protein att leda till hopklumpning ( agglutination ) av röda blodkroppar ( erytrocyter ) in vitro [4] .
Minst 18 olika typer av influensa typ A hemagglutinin är kända. Dessa undertyper är märkta H1 till H18. H16-subtypen identifierades 2004 i influensavirus som hittats i svarthåriga måsar i Sverige och Norge ; subtyp H17 - år 2012 hos fladdermöss [5] [6] . H18-subtypen hittades i en fladdermus från Peru 2013 [7] . De tre första undertyperna, H1, H2 och H3, finns i humana influensavirus. Beroende på graden av fylogenetisk likhet delas influensahemagglutininer in i två grupper: den första inkluderar subtyperna H1, H2, H5, H6, H8, H9, H11, H12, H13, H16, H17 och H18, och den andra inkluderar alla vila [8] . Typ A-influensavirusserotypen bestäms av subtyperna av hemagglutinin och neuraminidas som finns på dess yta [9] . Neuraminidas (NA) har 11 kända subtyper; följaktligen betecknas virusets serotyp som H1N1, H5N2, etc.
Högpatogen aviär influensa serotyp H5N1 har visat sig infektera människor med låg frekvens. Enligt rapporter hittades en enda förändring i aminosyrasekvensen för H5-hemagglutinin hos patienter, som "avsevärt kan förändra receptorspecificiteten för fågel-H5N1-virus, och därigenom tillåta dem att fästa till receptorer som är optimala för humana influensavirus" [10] [ 11] . Detta fynd kan förklara hur fågelviruset H5N1, som normalt inte infekterar människor, kan mutera och effektivt infektera mänskliga celler. Hemagglutinin från H5N1-viruset har associerats med den höga patogeniciteten hos denna fågelstam, förmodligen på grund av dess lätthet att omvandla till en aktiv form genom proteolys [12] [13] .
Hemagglutinin är ett homotrimert membranglykoprotein . Den har formen av en cylinder som är cirka 13,5 nanometer lång [14] [15] . Hemagglutinintrimeren består av tre identiska monomerer , som var och en i sin tur är en enda HA0-polypeptidkedja med HA1- och HA2-subenheter sammankopplade med två disulfidbryggor [15] [16] . Var och en av HA2-regionerna är en alfa-helix- struktur som sitter ovanpå HA1-regionen, som är en liten rundad domän av flera α/β-strukturer [17] .
Hemagglutinintrimeren syntetiseras som ett inaktivt HA0-prekursorprotein för att undvika oönskad för tidig fusion och måste klyvas av värdcellsproteaser för att bli aktiva. Vid neutralt pH är 23 rester nära N-terminalen av HA2-subenheten (även känd som fusionspeptiden som är ansvarig för förbindelsen mellan virus- och värdcellmembran) gömda i en hydrofob "ficka" mellan interaktionsregionerna av HA2-trimeren [ 18] . C-terminalen av HA2-subenheten, även känd som transmembrandomänen, passerar genom den virala kapsiden och binder proteiner till den [19] .
HA1 HA1-subenheten består mestadels av antiparallella beta-ark [14] . HA2 HA2-subenheten innehåller tre långa alfaspiraler, en från varje monomer. Var och en av dessa spiraler är förbundna med en lång ringregion som kallas en "B-ring" (rester 59-76) [20] .Hemagglutinin spelar två nyckelroller i virusets inträde i cellen. För det första känner den igen målceller från ryggradsdjur genom att fästa till sialinsyrainnehållande receptorer på dessa celler . För det andra, efter infångningen av viruset i cellendosomen, säkerställer det penetrationen av det virala genomet in i cellen, vilket säkerställer fusionen av endosommembranet med viruskapsiden [21] .
Specifikt binder dess HA1-subenhet till en monosackarid, sialinsyra, som finns på ytan av dess målceller, och förankrar därigenom virion till värdcellens yta. Det har visats att HA17- och HA18-varianterna inte använder sialinsyra som målreceptor, utan molekyler av det stora histokompatibilitetskomplexet typ 2 [22] . Värdcellsmembranet uppslukar sedan viruset genom endocytos och slocknar för att bilda ett nytt membranbundet fack i cellen som kallas endosomen. Cellen försöker sedan förstöra innehållet i endosomen genom att surgöra dess innehåll och förvandla det till en lysosom . När pH i endosomen når en nivå mellan 5,0 och 6,0, genomgår hemagglutinin en serie konformationsförändringar. Först och främst frisätts fusionspeptiden från den hydrofoba "fickan" och HA1-subenheten lösgörs från HA2-subenheten. Sedan genomgår HA2-subenheten en serie betydande konformationsförändringar, som ett resultat av vilka membranen av viruset och endosomerna närmar sig varandra.
Fusionspeptiden, frisatt tidigare av det sänkta pH-värdet, fungerar som en molekylär gripkrok som penetrerar och förankrar i endosommembranet. HA2-subenheten ändrar sedan konformation igen (som är mer stabil vid lägre pH), drar tillbaka gripkroken, för endosommembranet närmare själva viruset, vilket gör att båda membranen smälter samman. Som ett resultat frigörs innehållet av viruspartikeln i form av viralt RNA i värdcellens cytoplasma och transporteras sedan till värdcellens kärna för replikering [23] .
Eftersom hemagglutinin spelar en nyckelroll för influensa A-virusets inträde i cellen, är det huvudmålet för neutraliserande antikroppar. Sådana antikroppar har visat sig verka genom en av följande mekanismer, motsvarande var och en av hemagglutininfunktionerna:
Vissa antikroppar mot hemagglutinin hämmar dess vidhäftning till cellen. Sådana antikroppar fäster nära "huvudet" av hemagglutinin (markerat i blått i figuren ovan) och förhindrar fysiskt dess interaktion med sialinsyrareceptorer på målceller [24] .
Denna grupp av antikroppar verkar genom att förhindra sammansmältning av virusets membran och endosomen (endast in vitro ; effektiviteten av sådana antikroppar in vivo anses vara resultatet av verkan av celler i immunsystemet, såväl som komplementsystem ) [25] .
Stam- eller "stam"-regionen av HA2-subenheten är mycket konserverad på många sätt bland olika stammar av influensavirus. Denna konservatism gör det till ett attraktivt mål för neutraliserande antikroppar som kan rikta in sig på alla undertyper av influensavirus, såväl som för utvecklingen av ett universellt vaccin som skulle möjliggöra naturlig produktion av sådana antikroppar [26] . Strukturella förändringar i HA2-subenheten från prefusion till postfusionskonformation resulterar i fusion av det virala membranet med värdmembranet. Antikroppar som fäster till denna enhet kan störa processen för membranfusion och därmed blockera ett viktigt steg i livscykeln för många influensavirusserotyper på en gång. Åtminstone en antikropp som anses fästa närmare hemagglutinin-"huvudet" och tros verka genom att tvärbinda monomerhuvudena, vars öppning tros vara det första steget i processen för membranfusion [27] .
Exempel på sådana antikroppar är humana antikroppar F10 [28] , FI6 [29] , CR6261 . De känner igen platser i hemagglutinin-"stjälk"-regionen (regionen markerad med orange i figuren) som är på ett betydande avstånd från receptorbindningsstället [30] [31] .
Under 2015 utvecklade forskare ett immunogen som efterliknar hemagglutininstammen, och mer specifikt dess region, till vilken CR9114-antikroppen fäster. Experiment på modellgnagare och primater injicerade med detta immunogen har resulterat i antikroppar som kan binda till hemagglutininerna i många influensasubtyper, inklusive H5N1 [32] . I närvaro av ett "huvud" av hemagglutinin, skapar immunsystemet i allmänhet inte brett neutraliserande antikroppar; istället gör den antikroppar som "känner igen" bara några få undertyper av viruset. Eftersom "huvudet" håller ihop alla tre hemagglutininsubenheterna behöver hemagglutininet "bara" hemagglutinin sitt eget sätt att hålla subenheterna. Ett team av forskare har utvecklat egenmonterade nanopartiklar av hemagglutininstammar med hjälp av ett protein som kallas ferritin för att hålla ihop hemagglutininsubenheterna. Ett annat team använde aminosyraersättning och tillägg för att stabilisera ett "mini-hemagglutinin" som saknar eget huvud.
I experiment 2016 hittades ett antal antikroppar som producerats av det mänskliga immunsystemet "inställda" för att fästa på stammen. Tre klasser av liknande antikroppar erhölls från ett antal frivilliga, vilket fick forskarna att dra slutsatsen att skapandet av ett universellt vaccin som leder till tillförlitligt skapande av universella antikroppar fortfarande är möjligt [33] .
Det finns hämmare av influensaviruset, som inte är antikroppar, som syftar till att undertrycka hemagglutinins funktioner: [34]