ABSTRACT Attachment of an adenovirus (Ad) to a cell is mediated by the capsid fiber protein. To date, only the cellular fiber receptor for subgroup C serotypes 2 and 5, the so-called coxsackievirus-adenovirus receptor (CAR) protein, has been identified and cloned. Previous data suggested that the fiber of the subgroup D serotype Ad9 also recognizes CAR, since Ad9 and Ad2 fiber knobs cross-blocked each other’s cellular binding. Recombinant fiber knobs and 3 H-labeled Ad virions from serotypes representing all six subgroups (A to F) were used to determine whether the knobs cross-blocked the binding of virions from different subgroups. With the exception of subgroup B, all subgroup representatives cross-competed, suggesting that they use CAR as a cellular fiber receptor as well. This result was confirmed by showing that CAR, produced in a soluble recombinant form (sCAR), bound to nitrocellulose-immobilized virions from the different subgroups except subgroup B. Similar results were found for blotted fiber knob proteins. The subgroup F virus Ad41 has both short and long fibers, but only the long fiber bound sCAR. The sCAR protein blocked the attachment of all virus serotypes that bound CAR. Moreover, CHO cells expressing human CAR, in contrast to untransformed CHO cells, all specifically bound the sCAR-binding serotypes. We conclude therefore that Ad serotypes from subgroups A, C, D, E, and F all use CAR as a cellular fiber receptor.

Alteration of the natural tropism of adenovirus (Ad) will permit gene transfer into specific cell types and thereby greatly broaden the scope of target diseases that can be treated by using Ad. We have constructed two Ad vectors which contain modifications to the Ad fiber coat protein that redirect virus binding to either alpha(v) integrin [AdZ.F(RGD)] or heparan sulfate [AdZ.F(pK7)] cellular receptors. These vectors were constructed by a novel method involving E4 rescue of an E4-deficient Ad with a transfer vector containing both the E4 region and the modified fiber gene. AdZ.F(RGD) increased gene delivery to endothelial and smooth muscle cells expressing alpha(v) integrins. Likewise, AdZ.F(pK7) increased transduction 5- to 500-fold in multiple cell types lacking high levels of Ad fiber receptor, including macrophage, endothelial, smooth muscle, fibroblast, and T cells. In addition, AdZ.F(pK7) significantly increased gene transfer in vivo to vascular smooth muscle cells of the porcine iliac artery following balloon angioplasty. These vectors may therefore be useful in gene therapy for vascular restenosis or for targeting endothelial cells in tumors. Although binding to the fiber receptor still occurs with these vectors, they demonstrate the feasibility of tissue-specific receptor targeting in cells which express low levels of Ad fiber receptor.

Human adenovirus type 2 (Ad2) enters host cells by receptor-mediated endocytosis, an event mediated by the virus penton base binding to cell surface integrins alpha v beta 3 and alpha v beta 5. While both alpha v integrins promote virus internalization, alpha v beta 5 is involved in the subsequent event of membrane permeabilization. Cells transfected with the beta 5 or beta 3 subunit, expressing either alpha v beta 5 and alpha v beta 3, respectively, were capable of supporting Ad2 infection to varying degrees. In this case, cells expressing alpha v beta 5 were significantly more susceptible to Ad2-induced membrane permeabilization, as well as to Ad2 infection, than cells expressing alpha v beta 3. Adenovirus-mediated gene delivery was also more efficient in cells expressing alpha v beta 5. These results suggest that the interaction of alpha v beta 5 with Ad2 penton base facilitates the subsequent step of virus penetration into the cell. These studies provide evidence for the involvement of a cellular receptor in virus-mediated membrane permeabilization and suggest a novel biological role for integrin alpha v beta 5 in the infectious pathway of a human adenovirus.