破解寨卡病毒的關鍵蛋白結構
日期:2016-07-26 09:14:00
近期,研究人員揭示了寨卡病毒產生的一種蛋白質——NS1蛋白的分子結構,該蛋白質被認為參與病毒的復制及其與宿主免疫系統的相互作用。
這項研究是由密歇根大學牽頭,與普渡大學合作完成的。這些結果為世界各地的科學家提供了關于“NS1蛋白在寨卡病毒感染中的作用”的新信息,并增進了科學家們對于蟲媒病毒家族的了解,其中還包括登革熱、西尼羅河病毒和黃熱病。
本文資深作者、密歇根大學生命科學研究所結構生物學中心主任Janet Smith指出:“解開全長的寨卡病毒NS1的結構,可以提供給我們新的信息,并幫助指導設計一種潛在的疫苗或抗病毒藥物。”
她說:“研究人員仍在努力了解寨卡病毒和其他蟲媒病毒究竟是如何與感染者的免疫系統相互作用的。有了這些原子級的細節,就可以幫助科學家們提出更好的問題,并設計更周到的實驗,讓我們繼續獲得新的信息。”
這項研究結果將于7月25日發表在《Nature Structural & Molecular Biology》。在今年早些時候,中國科學家已經發表了部分結構,來自中科院微生物研究所的研究員施一和中科院院士高福團隊在今年4月份發現了寨卡病毒(ZIKV)的非結構蛋白1(NS1)的分子結構,并提供了一個原子層面的圖像。相關閱讀請點擊:高福、施一等解析寨卡病毒蛋白晶體結構。
蚊媒傳播的寨卡病毒已經存在了幾十年,但最近,隨著它引起的嚴重出生缺陷和Guillain-Barré綜合征以及其在美國中部和南部的迅速蔓延,使其成為引起國際關注的公共衛生突發事件。
目前還沒有治療方法或疫苗,雖然有幾家公司已經宣布計劃嘗試開發,相關閱讀:Nature突破性進展:寨卡疫苗獲初步成功。本文共同第一作者、結構生物學中心高通量蛋白質實驗室主任W. Clay Brown指出:“盡管它與其他相關病毒的相似性,但是我們發現,寨卡病毒NS1結構有幾個重要的區別。”
這種新的三維結構,是使用X射線晶體衍射和電子顯微鏡得到的,顯示寨卡病毒NS1蛋白的外表面有著與其他蟲媒病毒明顯不同的電荷性質,從而表明它可能與受感染者免疫系統之間的相互作用有所不同。
這項研究也首次捕捉到了該蛋白質翼域上的柔性環的分子結構,在以前的研究中它一直都隱藏在視線之外。本文共同作者、普渡大學生物科學教授、普渡大學炎癥、免疫和傳染病研究所主任Richard Kuhn指出:“根據登革熱病毒的NS1蛋白結構,科學家認為這個環是向上翻轉的,但是我們的研究顯示,齊卡病毒的翼域是翻轉下來的。這是非常重要的,因為它表明了與宿主細胞膜的相互作用,以及NS1進行這種多功能的可能機制。”
Kuhn所在的研究團隊首次確定了寨卡病毒的結構,他指出:“看到這種差異為我們提供了新的見解,可幫助我們更好地了解NS1蛋白。了解它的結構和功能,可以幫助我們確定抑制劑的靶點,以阻止重要的病毒過程和治療感染。”
這項研究的共同第一作者、Smith實驗室的研究科學家David L. Akey指出,隨著時間的推移,該研究小組也觀察到了寨卡病毒NS1蛋白遺傳序列的變化。Akey說:“普通的感冒和流感病毒隨著時間的推移會發生變化,同樣地,寨卡病毒在世界各地的傳播過程中也會發生變化,在巴西感染的NS1看起來不同于非洲祖先病毒的NS1。”
NS1(非結構蛋白1)蛋白在病毒感染中扮演多個角色。在受感染的細胞中,它對于制造新的病毒拷貝以感染其他細胞,是必不可少的。被感染的細胞也分泌NS1到病人的血液中,在更高的水平上可引起更嚴重的疾病。
這種十字形狀的蛋白質有兩個不同的表面。內表面是“油性的”,被認為與細胞膜相互作用,而外表面,一旦分泌到血液中,就可以與病人的免疫系統相互作用。即使沒有病毒存在,分泌的有些NS1蛋白版本也會造成血管出血,如嚴重的登革熱感染中所看到的癥狀。
在2014年,很多相同的團隊成員參與了從登革熱病毒和西尼羅河病毒分離和定位NS1蛋白的第一項研究,發表在《Science》雜志上,相關閱讀:Science:解碼登革病毒的關鍵蛋白。當時Smith說:“分離蛋白以便于研究它,這一直是研究人員面臨的一個挑戰。一旦我們發現了如何做到這一點,它就會結晶得很漂亮。”