Background & Aims: Norwalk Virus (NV) is a member of the Caliciviridae family, which causes acute epidemic gastroenteritis in humans of all ages and its cellular receptors have not yet been characterized. Another calicivirus, Rabbit Hemorrhagic Disease Virus, attaches to H type 2 histo-blood group oligosaccharide present on rabbit epithelial cells. Our aim was to test if, by analogy, recombinant NV-like particles (rNV VLPs) use carbohydrates present on human gastroduodenal epithelial cells as ligands. Methods: Attachment of rNV VLPs was tested on tissue sections of the gastroduodenal junction and on saliva from individuals of known ABO, Lewis, and secretor phenotypes. It was also tested on human Caco-2 cells and on animal cell lines transfected with glycosyltransferases complementary DNA (cDNA). Competition experiments were performed with synthetic oligosaccharides and anticarbohydrate antibodies. Internalization was monitored by confocal microscopy. Results: Attachment of rNV VLPs to surface epithelial cells of the gastroduodenal junction as well as to saliva was detected, yet only from secretor donors. It was abolished by α1,2fucosidase treatment, and by competition with the H types 1 and 3 trisaccharides or with anti-H type 1 and anti-H types¾ antibodies. Transfection of CHO and TS/A cells with an α1,2fucosyltransferase cDNA allowed attachment of VLPs. These transfectants as well as differentiated Caco-2 cells expressing H type 1 structures internalized the bound particles. Conclusions: rNV VLPs use H type 1 and/or H types¾ as ligands on gastroduodenal epithelial cells of secretor individuals.GASTROENTEROLOGY 2002;122:1967-1977

We characterized the binding of 8 Noroviruses (NORs) to histo-blood group antigens (HBGAs) in human saliva using recombinant NOR (rNOR) capsid proteins. Among the 8 rNORs tested, 6 formed viruslike particles (VLPs) when the capsid proteins were expressed in insect cells, all of which revealed variable binding activities with saliva; the remaining 2 rNORs did not form VLPs, and the proteins did not bind, or bound weakly, to saliva. Four distinct binding patterns were associated with different histo-blood types, defined by Lewis, secretor, and ABO types. Three patterns (VA387, NV, and MOH) recognized secretors, and 1 pattern (VA207) recognized Lewis-positive nonsecretors. The 3 secretor-recognizing patterns were defined as A/B (MOH), A/O (NV), and A/B/O (VA387) binders. Oligosaccharides containing the Lewis and ABH antigenic epitopes were involved in binding. Our findings suggest that different strains of NORs may recognize different human HBGAs on intestinal epithelial cells as receptors for infection.

ABSTRACT Noroviruses, an important cause of acute gastroenteritis, have been found to recognize human histo-blood group antigens (HBGAs) as receptors. Four strain-specific binding patterns to HBGAs have been described in our previous report. In this study, we have extended the binding patterns to seven based on 14 noroviruses examined. The oligosaccharide-based assays revealed additional epitopes that were not detected by the saliva-based assays. The seven patterns have been classified into two groups according to their interactions with three major epitopes (A/B, H, and Lewis) of human HBGAs: the A/B-binding group and the Lewis-binding group. Strains in the A/B binding group recognize the A and/or B and H antigens, but not the Lewis antigens, while strains in the Lewis-binding group react only to the Lewis and/or H antigens. This classification also resulted in a model of the norovirus/HBGA interaction. Phylogenetic analyses showed that strains with identical or closely related binding patterns tend to be clustered, but strains in both binding group can be found in both genogroups I and II. Our results suggest that noroviruses have a wide spectrum of host range and that human HBGAs play an important role in norovirus evolution. The high polymorphism of the human HBGA system, the involvement of multiple epitopes, and the typical protein/carbohydrate interaction between norovirus VLPs and HBGAs provide an explanation for the virus-ligand binding diversities.

ABSTRACT Rotaviruses (RVs), an important cause of severe diarrhea in children, have been found to recognize sialic acid as receptors for host cell attachment. While a few animal RVs (of P[1], P[2], P[3], and P[7]) are sialidase sensitive, human RVs and the majority of animal RVs are sialidase insensitive. In this study, we demonstrated that the surface spike protein VP8* of the major P genotypes of human RVs interacts with the secretor histo-blood group antigens (HBGAs). Strains of the P[4] and P[8] genotypes shared reactivity with the common antigens of Lewis b (Le b ) and H type 1, while strains of the P[6] genotype bound the H type 1 antigen only. The bindings between recombinant VP8* and human saliva, milk, or synthetic HBGA oligosaccharides were demonstrated, which was confirmed by blockade of the bindings by monoclonal antibodies (MAbs) specific to Le b and/or H type 1. In addition, specific binding activities were observed when triple-layered particles of a P[8] (Wa) RV were tested. Our results suggest that the spike protein VP8* of RVs is involved in the recognition of human HBGAs that may function as ligands or receptors for RV attachment to host cells.

Abstract Although extensive astrocyte activation is present in the CNS of patients suffering from HIV-associated neurocognitive disorder (HAND), little is known about the contribution of reactive astrocytes to HAND neuropathology. Here, we report that the imbalance between neurotoxic (A1 astrocytes) and protective astrocytes (A2 astrocytes) occurring in HIV-1 gp120 transgenic mice impedes the resolution of inflammation in the CNS, perpetuating neuron damage and cognitive deficits. Kynurenic acid (KYNA), a tryptophan metabolite with α7 nicotinic acetylcholine receptors (α7nAChR) inhibitory property, blunts gp120-induced A1 astrocyte activation while promoting A2 astrocyte formation through blockade of α7nAChR/JAK2/STAT3 signaling activation. Meanwhile, we provide evidence that α7nAChR deletion and tryptophan administration convert astrocyte phenotypes, ultimately facilitating neuronal and cognitive improvement in the gp120tg mice. These initial and determinant findings mark a turning point in our understanding of the role of α7nAChR in gp120-mediated astrocyte activation, which opens new opportunities to control reactive astrocyte generation through KYNA and tryptophan administration as a pharmacological approach for treating HAND.

Background: Noroviruses, which cause epidemic acute gastroenteritis, and Plasmodium parasites, which lead to malaria, are two infectious pathogens that pose threats to public health. The protruding (P) domain of norovirus VP1 and the αTSR domain of the circumsporozoite protein (CSP) of Plasmodium sporozoite are the glycan receptor-binding domains of the two pathogens for host cell attachment, making them excellent targets for vaccine development. Modified norovirus P domains self-assemble into a 24-meric octahedral P nanoparticle (P24 NP). Methods: We generated a unique P24-αTSR NP by inserting the αTSR domain into a surface loop of the P domain. The P-αTSR fusion proteins were produced in the Escherichia coli expression system and the fusion protein self-assembled into the P24-αTSR NP. Results: The formation of the P24-αTSR NP was demonstrated through gel filtration, electron microscopy, and dynamic light scattering. A 3D structural model of the P24-αTSR NP was constructed, using the known cryo-EM structure of the previously developed P24 NP and P24-VP8* NP as templates. Each P24-αTSR NP consists of a P24 NP core, with 24 surface-exposed αTSR domains that have retained their general conformations and binding function to heparan sulfate proteoglycans. The P24-αTSR NP is immunogenic, eliciting strong antibody responses in mice toward both the norovirus P domain and the αTSR domain of Plasmodium CSP. Notably, sera from mice immunized with the P24-αTSR NP bound strongly to Plasmodium sporozoites and blocked norovirus VLP attachment to their glycan receptors. Conclusion: These data suggest that the P24-αTSR NP may serve as a combination vaccine against both norovirus and Plasmodium parasites.

The affinity cryo-electron microscopy (cryo-EM) approach has been explored in recent years to simplify and improve the sample preparation for cryo-EM. Despite the demonstrated successes for low-concentration and unpurified specimens, the lack of near-atomic structures using this approach has led to a common perception of affinity cryo-EM as a niche technique incapable of reaching high resolutions. Here, we report a ~2.6 Å structure solved using the antibody-based affinity grid approach with a Tulane virus sample of low concentration. This is the first near-atomic structure solved using the affinity cryo-EM approach. Quantitative analyses of the structure indicate data and reconstruction quality comparable to conventional grid preparation method using samples at high concentration. With the shifting of bottlenecks of cryo-EM structural studies to sample grid preparation, our demonstration of the sub-3 Å capability of affinity cryo-EM approach indicates its potential in revolutionizing cryo-EM sample preparation for a broader spectrum of specimens.