2021年10月13日，《Nature》（《自然》）雜志在線發(fā)表了清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院向燁課題組和中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所章新政課題組合作完成的研究論文“Structure of Venezuelan equine encephalitis virus in complex with its receptor LDLRAD3”。該工作解析了委內(nèi)瑞拉馬腦炎病毒（Venezuelan equine encephalitis virus，VEEV）以及其和受體分子LDLRAD3復(fù)合物3.0埃高分辨冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了甲病毒中核衣殼蛋白和糖蛋白相互作用的病毒顆粒組裝機(jī)制以及VEEV與受體特異性結(jié)合的分子機(jī)制。

VEEV是一種可以感染人類和所有馬科動(dòng)物的RNA包膜病毒，屬于甲病毒家族，可以通過(guò)蚊子以及氣溶膠傳播，引發(fā)進(jìn)行性中樞神經(jīng)疾病和并發(fā)癥，嚴(yán)重可導(dǎo)致死亡。此病毒在南美洲有大量感染病例報(bào)道，目前尚無(wú)疫苗和有效治療藥物。鑒于其能引發(fā)中樞神經(jīng)疾病的危險(xiǎn)性，VEEV被定為生物安全3級(jí)（BSL3）病毒。同時(shí)由于可經(jīng)氣溶膠高效傳播，美蘇在冷戰(zhàn)期間都對(duì)該病毒進(jìn)行過(guò)生物武器化研究。

近期，含A類結(jié)構(gòu)域的低密度脂蛋白受體3（LDLRAD3）被鑒定為VEEV的細(xì)胞受體，然而VEEV病毒與受體結(jié)合的分子機(jī)制尚不清楚。向燁課題組與章新政課題組就此開(kāi)展緊密合作，運(yùn)用課題組前期發(fā)展的VEEV 假病毒粒子（VLP）制備方法以及新型重構(gòu)算法，成功解析了VEEV 假病毒粒子（VLP）以及其和受體復(fù)合物的高分辨冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。該復(fù)合物結(jié)構(gòu)展示了LDLRAD3蛋白的胞外區(qū)結(jié)構(gòu)域D1，通過(guò)疏水作用和極性作用插入到VEEV兩個(gè)相鄰病毒刺突糖蛋白E1/E2形成的裂縫之間，在病毒表面形成受體和E1/E2二聚體1：1的結(jié)合。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析，鑒定了LDLRAD3-D1與VEEV結(jié)合的關(guān)鍵氨基酸殘基，并利用定點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)中觀察到的關(guān)鍵相互作用位點(diǎn)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)其中LDLRAD3-D1第41位氨基酸的突變可以使受體與病毒的結(jié)合能力提升大約10倍, 具有作為VEEV高效抑制劑的潛能，基于此兩個(gè)課題組也聯(lián)合申請(qǐng)了相關(guān)發(fā)明專利。作為甲病毒家族的第一個(gè)高分辨結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)首次揭示了甲病毒突刺糖蛋白和核衣殼蛋白相互作用詳細(xì)分子基礎(chǔ)，并糾正了早期基于低分辨結(jié)構(gòu)的一些錯(cuò)誤認(rèn)知。

其它甲病毒例如基孔肯雅病毒與受體Mxra8的結(jié)合位置也部分位于刺突蛋白間的裂縫之中，但是基孔肯雅病毒在其刺突E蛋白間的裂縫處缺乏與LDLRAD3-D1形成關(guān)鍵鹽橋作用的氨基酸，顯示兩種甲病毒雖然結(jié)合受體分子部位部分重合，但是關(guān)鍵位點(diǎn)氨基酸的不同造成受體結(jié)合的選擇性差異。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

VEEV VLP和受體復(fù)合物的高分辨率三維結(jié)構(gòu)及相互作用圖

同期《Nature》雜志也刊登了來(lái)自美國(guó)圣路易斯華盛頓大學(xué)Michael S. Dimond與Daved H. Fremont研究組4.2埃分辨率VEEV與LDLRAD3復(fù)合物結(jié)構(gòu)研究。

中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所章新政研究員/清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院向燁研究員為該論文的共同通訊作者，向燁課題組博士研究生馬丙婷、章新政組博士研究生黃翠清和副研究員馬軍為論文的共同第一作者。這項(xiàng)工作得到了中國(guó)科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目和清華大學(xué)春風(fēng)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的基金支持，此外還得到了北京生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心、北京結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)和北京市科技新星計(jì)劃的支持。

文章鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03909-1

掃描二維碼直達(dá)原文鏈接

來(lái)源：清華大學(xué)