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北京協(xié)和醫(yī)學院崔勝研究員團隊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 來源:中國病毒學論壇  標簽: 掌上醫(yī)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(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院 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(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學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(xiàn),2C包含了ATP酶結構域,鋅指結構及C端alpha螺旋區(qū)。2C解旋酶通過C端alpha螺旋與另一個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2C解旋酶高分辨率結構,而且是AAA+蛋白家族首個RNA解旋酶結構。這些發(fā)現(xiàn)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。相關研究成果4月28日在線發(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健康的脊髓灰質炎病毒,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(wèi)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,位居丙類傳染病之首。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。脊髓灰質炎病毒疫苗已使用了數十年,仍不能完成世衛(wèi)組織發(fā)起的“脊灰根除計劃”的目標。由此可見,僅依靠疫苗難以實現(xiàn)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AAA+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鍵過程,因此是重要的藥物靶標。由于2C蛋白極不穩(wěn)定,國際相關領域歷經數十年努力仍無法解析2C的高分辨率結構,阻礙了對其功能的理解及藥物研發(fā)。崔勝課題組通過系統(tǒng)的構建優(yōu)化,成功表達了截短N端膜結合區(qū)的2C蛋白并解析了晶體結構(2.5埃)。他們發(fā)現(xiàn),2C含有一個ATP酶結構域,一個“雙三棱錐”構型鋅指和一個C端兩親性螺旋。ATP酶和鋅指之間形成疏水口袋與另一個2C分子C端alpha螺旋結合,介導了2C自我多聚化。利用X射線小角散射等技術,他們發(fā)現(xiàn)2C的ATP酶活性嚴格依賴溶液中2C多聚體的形成,提示了多聚體是具有生物學活性得組裝模式。為驗證結構學的發(fā)現(xiàn)及推論,他們進而利用反向遺傳學體系在細胞模型上逐一驗證了2C的關鍵氨基酸突變對EV71復制的影響,他們證實C端螺旋介導的2C多聚化EV71病毒進行復制的必要條件。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研究領域的一個重要空白。目前,已發(fā)現(xiàn)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活性評價實驗體系為抑制劑的篩選提供了關鍵技術平臺。
 
中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院病原生物學研究所關洪鑫(博士生)為本文第一作者;中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院病原生物學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基金和國家重點研究和發(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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