Structural insights into ligand-receptor interaction of Equine herpesvirus type 1 and 4

Abstract

The two closely related alphaherpesviruses equine herpesvirus 1 (EHV-1) and EHV-4 bind to the equine major histocompatibility complex I (MHC-I) through their surface glycoprotein D (gD) to enter host cells. In this study, we characterized the gD-MHC-I interaction. Proteins (gD1, gD4, MHC-I) were produced using the baculovirus/insect cell system and crystallized. The structures of recombinant gD1 and gD4 were solved at resolutions of 2,45 and 1,9 Å, respectively, and revealed a V-set immunoglobulin-like (IgV-like) core comparable to that of HSV-1 gD. However, the alpha helices and loop regions differ from resolved gD structures of related alphaherpesviruses. Moreover, binding of the recombinant gDs to equine MHC-I was determined using surface plasmon resonance, and soluble gDs reduced plaque numbers and infection rates of EHV-1 and EHV-4 in equine cells. Molecular modeling yielded plausible binding hypotheses and key residues for the receptor-ligand interaction that were evaluated with molecular dynamics simulations and by using EHV-1 and EHV-4 viruses with mutated gDs. The point mutations in the gDs impaired the growth of the viruses and it can be concluded that the residues F213 and D261 play a role in virus entry into the host cell. Taken together, our results contribute to a better understanding of herpesvirus-cell interactions and could be used for the targeted design of antiviral drugs and vaccine development.

Die zwei nahverwandten Alhphaherpesviren Equines Herpesvirus Typ 1 (EHV-1) und Equines Herpesvirus Tpy 4 (EHV-4) binden mit Hilfe des Oberflächenproteins Glykoprotein D (gD) den Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC-I) um in Zellen einzudringen. In dieser Studie wurde die gD-MHC-I Interaktion charakterisiert. Die Proteine (gD1, gD4, MHC-I) wurden mit dem Baculovirus/Insektenzellsystem hergestellt und anschließend kristallisiert. Die Strukturen von gD1 und gD4 wurden mit einer Auflösung von 2,45 und 1,9 Å gelöst und zeigen einen V-Set Immunglobulin (IgV-like) Faltung vergleichbar mit dem von HSV-1 gD. Die Helices und Loop-Regionen unterscheiden sich aber zwischen EHV-1 und 4 gD Strukturen und denen verwandter Alphaherpesviren. Außerdem wurde die Bindeaffinität von recombinanten gDs zu equinem MHC-I mittels Oberflächenplasmonresonanz (SPR) bestimmt und gezeigt, dass lösliches gD Plaqueanzahl und EHV-1 und EHV-4 Infektionsraten in equinen Zellen reduzieren kann. Mit Hilfe von molekularer Modellierung konnten plausible Bindehypothesen und Schlüsselaminosäuren für die Ligand-Rezeptor-Interaktion identifiziert und durch Molekulardynamiksimulationen und EHV-1 und EHV-4 Viren mit mutiertem gD evaluiert werden. Die Punktmutationen führten zu einem reduziertem Viruswachstum und es konnte bestätigt werden, dass die Aminosäuren F213 und D261 eine Rolle im Viruseintritt in die Zelle spielen. Zusammgefasst tragen unsere Ergebnisse dazu bei, die Interkation zwischen Herpesviren und Zellen besser zu verstehen und sie können dazu genutzt werden, um gezielt antivirale Wirkstoffe und Impfstoffe zu entwickeln.