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西湖大学科研人员成功解析出新冠病毒受体全长结构
2020-02-19 iNature
   2020年2月18日,西湖大学周强实验室在预印版平台bioRxiv在线发表了题为Structure of dimeric full-length human ACE2 in complex with B0AT1的重要成果!周强实验室利用冷冻电镜技术成功解析了此次新冠病毒的受体——ACE2的全长结构。
  新型冠状病毒感染引发的肺炎疫情爆发后,武汉病毒研究所的科学家发现,新型冠状病毒和2003年的SARS病毒一样,也是通过识别ACE2蛋白进入人体细胞的,ACE2是“新冠病毒”侵入人体的关键。研究发现,在SARS病毒和“新冠病毒”侵入人体的过程中,ACE2就像是“门把手”,病毒抓住它,从而打开了进入细胞的大门。
  ACE2-B0AT1复合物的冷冻电镜密度图
  此前,曾有研究解析出ACE2的一个胞外结构域与SARS病毒S蛋白形成的复合物的三维结构。最近美国得克萨斯大学奥斯汀分校的研究团队又展示了新冠病毒的S蛋白结构。然而,ACE2到底在细胞膜上是以什么状态存在?新冠病毒对比SARS病毒与ACE2结合有何异同?获取ACE2的全长蛋白及其与S蛋白的复合物结构,将大大有助于解答上述疑问。
  ACE2-B0AT1复合物结构图
  周强实验室针对这个问题进行了攻坚。第一步,他们要获取ACE2蛋白全长蛋白,但作为膜蛋白的ACE2本身很难在体外稳定获得。周强及博士后鄢仁鸿在文献中发现ACE2与肠道内的一个氨基酸转运蛋白B0AT1能够形成复合物。根据他们过去的研究经验,这个复合物极有可能稳定住ACE2。果然,他们通过共表达的方法获得了ACE2与B0AT1优质稳定的复合物,并利用西湖大学的冷冻电镜平台成功解析了其三维结构,分辨率达到2.9埃,对于病毒识别至关重要的胞外结构域分辨率为2.7埃。
  ACE2-B0AT1复合物和之前解析复合物(SARS-CoV的S蛋白与ACE2的PD结构域的复合物)的比较,两种复合物通过PD结构域锚定在一起
  通过分析ACE2的全长蛋白结构,周强实验室发现ACE2以二聚体形式存在,同时具有开放和关闭两种构象变化,但两种构象均含有与冠状病毒的相互识别界面。
  这一研究发现为进一步解析全长ACE2和新冠病毒的S蛋白复合物的三维结构奠定了基础。而这个工作本身为理解新冠病毒侵染细胞提供了很多有趣的线索。
  比如,ACE2的二聚体与新冠病毒S蛋白的三聚体是否可以发生更高层级的交联,从而促进病毒与宿主细胞膜的融合或者内吞?之前有研究表明ACE2的胞外区如果被切割,将会更有效地促进冠状病毒的侵染,但是ACE2与B0AT1的复合物结构显示B0AT1的存在有可能阻碍蛋白酶靠近这个切割位点,这是否解释了病毒侵染症状主要发生在没有B0AT1的肺部?
  “总之,ACE2全长结构的解析,将有助于理解冠状病毒进入靶细胞的结构基础和功能特征,对发现和优化阻断进入细胞的抑制剂有重要作用”,清华大学全球健康与传染病研究中心主任张林琦教授说。
  周强(右)和鄢仁鸿(左)
  周强博士1982年出生,黑龙江人。2000-2004年本科就读于清华大学,获学士学位。2004-2012年博士师从隋森芳院士,获博士学位。2015年博士后出站后在清华大学医学院颜宁教授课题组任副研究员。2019年初加盟西湖大学担任西湖学者、特聘研究员,开展独立研究工作。
  本文综合自西湖大学WestlakeUniversity、西湖大学官网
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