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北京協(xié)和醫學(xué)院崔勝研究員團隊Science Advances成功解析EV71病毒2C解旋酶的高分辨率晶體結構

2018-07-19 來(lái)源:中國病毒學(xué)論壇  標簽: 掌上醫生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護膚
摘要:近日,中國醫學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫學(xué)院 病原生物研究所崔勝研究員團隊解析了2.5埃分辨率的EV71病毒2C解旋酶晶體結構(EV71 2C)。

 近日,中國醫學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫學(xué)院病原生物研究所崔勝研究員團隊解析了2.5埃分辨率的EV71病毒2C解旋酶晶體結構(EV712C)。他們發(fā)現,2C包含了ATP酶結構域,鋅指結構及C端alpha螺旋區。2C解旋酶通過(guò)C端alpha螺旋與另一個(gè)2C分子表面疏水性口袋結合,發(fā)生多聚;研究證明,2C的多聚化是其酶活性和EV71病毒復制的前提條件,阻斷2C多聚化是潛在的抗病毒策略。EV712C的晶體結構不但是微小核糖核酸病毒科的首個(gè)2C解旋酶高分辨率結構,而且是AAA+蛋白家族首個(gè)RNA解旋酶結構。這些發(fā)現為理解2C解旋酶機制提供了三維結構信息,為抗病毒藥物設計提供了新思路。相關(guān)研究成果4月28日在線(xiàn)發(fā)表于Science子刊ScienceAdvances,標題為“CrystalStructureof2CHelicasefromEnterovirus71”。

 
微小核糖核酸病毒科既包括了危害人類(lèi)健康的脊髓灰質(zhì)炎病毒,手足口病病毒(EV71等),鼻病毒和甲肝病毒等;又包括了危害畜牧業(yè)的口蹄疫病毒。國家衛生計生委公布的數據顯示:2015年我國手足口病新發(fā)病例已接近200萬(wàn),位居丙類(lèi)傳染病之首。雖然EV71疫苗已上市,但其對引起手足口病的其他病毒(如CA16等)保護作用有限。脊髓灰質(zhì)炎病毒疫苗已使用了數十年,仍不能完成世衛組織發(fā)起的“脊灰根除計劃”的目標。由此可見(jiàn),僅依靠疫苗難以實(shí)現疾病控制的目標,抗病毒藥是必要的補充。然而,迄今為止,尚無(wú)抗微小核糖核酸病毒的藥物上市。
 
2C蛋白是微小核糖核酸病毒中最保守的復制酶之一,屬于A(yíng)AA+家族RNA解旋酶,參與了病毒脫衣殼、RNA合成和衣殼組裝成等關(guān)鍵過(guò)程,因此是重要的藥物靶標。由于2C蛋白極不穩定,國際相關(guān)領(lǐng)域歷經(jīng)數十年努力仍無(wú)法解析2C的高分辨率結構,阻礙了對其功能的理解及藥物研發(fā)。崔勝課題組通過(guò)系統的構建優(yōu)化,成功表達了截短N端膜結合區的2C蛋白并解析了晶體結構(2.5埃)。他們發(fā)現,2C含有一個(gè)ATP酶結構域,一個(gè)“雙三棱錐”構型鋅指和一個(gè)C端兩親性螺旋。ATP酶和鋅指之間形成疏水口袋與另一個(gè)2C分子C端alpha螺旋結合,介導了2C自我多聚化。利用X射線(xiàn)小角散射等技術(shù),他們發(fā)現2C的ATP酶活性嚴格依賴(lài)溶液中2C多聚體的形成,提示了多聚體是具有生物學(xué)活性得組裝模式。為驗證結構學(xué)的發(fā)現及推論,他們進(jìn)而利用反向遺傳學(xué)體系在細胞模型上逐一驗證了2C的關(guān)鍵氨基酸突變對EV71復制的影響,他們證實(shí)C端螺旋介導的2C多聚化EV71病毒進(jìn)行復制的必要條件。由于六聚體組裝是AAA+蛋白家族的特征之一,研究人員利用JCV的LargeTantigen六聚體結構為模板構建了EV712C六聚體模型,
 
EV712C解旋酶結構的解析填補了微小核糖核酸病毒結構生物學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要空白。目前,已發(fā)現數十種具有抗病毒活性的抑制劑靶向2C解旋酶。EV712C晶體結構的解析為揭示抑制劑作用機制、開(kāi)展虛擬藥物篩選和結構輔助的分子設計提供準確的三維信息;所建立的2C活性評價(jià)實(shí)驗體系為抑制劑的篩選提供了關(guān)鍵技術(shù)平臺。
 
中國醫學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫學(xué)院病原生物學(xué)研究所關(guān)洪鑫(博士生)為本文第一作者;中國醫學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫學(xué)院病原生物學(xué)研究所崔勝研究員為本文通訊作者。該項研究得到了國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研究和發(fā)展計劃的資助。
 
Crystalstructureof2Chelicasefromenterovirus71
 
HongxinGuan,JuanTian,BoQin,JustynaAleksandraWojdyla,BeiWang,ZhendongZhao,MeitianWang,ShengCui*
 
Enterovirus71(EV71)isthemajorpathogenresponsibleforoutbreaksofhand,foot,andmouthdisease.EV71nonstructuralprotein2Cparticipatesinmanycriticaleventsthroughouttheviruslifecycle;however,itspreciseroleisnotfullyunderstood.Lackofahigh-resolutionstructuremadeitdifficulttoelucidate2Cactivityandpreventedinhibitordevelopment.Wereportthe2.5?–resolutioncrystalstructureofthesolublepartofEV712C,containinganadenosinetriphosphatase(ATPase)domain,acysteine-richzincfingerwithanunusualfoldandacarboxyl-terminalhelicaldomain.UnlikeotherAAA+ATPases,EV712Cundergoesacarboxylterminus–mediatedself-oligomerization,whichisdependentonaspecificinteractionbetweenthecarboxyl-terminalhelixofonemonomerandadeeppocketformedbetweentheATPaseandthezincfingerdomainsoftheneighboringmonomer.Thecarboxylterminus–mediatedself-oligomerizationisfundamentalto2CATPaseactivityandEV71replication.Ourfindingssuggestastrategyforinhibitionofenterovirusreplicationbydisruptionoftheself-oligomerizationinterfaceof2C.
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