來自加州大學(xué)洛杉磯分校,，中國科技大學(xué)生科院,，中山大學(xué)等處的研究人員發(fā)表了題為“Cryo-EM structure of the mature dengue virus at 3.5-? resolution”的文章,，利用低溫電子顯微技術(shù)，分析了成熟登革熱病毒,，分辨率為3.5-?的全病毒粒子原子模型,，從中深入解析了這種關(guān)鍵病毒的入侵過程。
領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是加州大學(xué)洛杉磯分校納米機(jī)器電子成像中心主任周正洪（Z.Hong Zhou）教授,，這位國際上著名華裔科學(xué)家主要研究方向是利用冷凍電鏡技術(shù),，對(duì)病毒和大分子復(fù)合物進(jìn)行高分辨結(jié)構(gòu)和功能研究，已在Science,，Nature,，PNAS等國際知名雜志發(fā)表多篇論文。
低溫電子顯微鏡（electron cryo-microscopy,，CryoEM）三維重構(gòu)技術(shù)是繼X-射線晶體學(xué)和核磁共振波譜學(xué)之后發(fā)展起來的生物材料三維結(jié)構(gòu)測(cè)定技術(shù),。這種技術(shù)使高分辨率的生物結(jié)構(gòu)重建成為可能，研究人員可以通過復(fù)制樣品的晶體結(jié)構(gòu),，然后用衍射技術(shù)獲得晶體結(jié)構(gòu),。
這種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)突出，比如樣品處于生理?xiàng)l件的緩沖液中,，因此樣品接近天然狀態(tài),，而且既可研究晶體狀態(tài),，亦可研究分散狀態(tài)。此外,，CryoEM可研究分子及分子復(fù)合體,，以及細(xì)胞和組織，并能將樣品“鎖定”在不同狀態(tài),，因此可用于研究系統(tǒng)的“演化”過程,。
周正洪教授是這一技術(shù)領(lǐng)域的著名科學(xué)家之一，他曾通過將病毒結(jié)構(gòu)學(xué),、計(jì)算生物學(xué)及生物信息學(xué)有機(jī)的結(jié)合,，成功將低溫電子顯微鏡技術(shù)的分辨率成功提高到原子水平。
在這篇文章中,，周正洪教授在多所高校的研究組合作,，利用CryoEM獲得了成熟登革熱病毒，分辨率為3.5-?的全病毒粒子原子模型,，從中深入解析了這種關(guān)鍵病毒的入侵過程,。
登革熱是一種主要由埃及伊蚊傳播的病毒性傳染病，熱帶和亞熱帶地區(qū)多發(fā)病,，典型癥狀包括發(fā)熱,、頭痛和關(guān)節(jié)痛等。登革熱分為普通登革熱和出血登革熱,，后者死亡率較高,。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)全球每年約有數(shù)百萬人感染登革熱，死亡人數(shù)超過2萬,。由于目前全球尚沒有針對(duì)登革熱的特效藥物,，找到控制登革熱傳播的方法是一個(gè)世界性熱點(diǎn)課題。
通過成熟登革熱病毒全病毒粒子的高分辨率模型,，研究人員發(fā)現(xiàn)了在登革熱病毒成熟和膜融合過程中,，扮演重要角色的膜錨定蛋白E和M的作用新機(jī)制——M蛋白N端上20個(gè)氨基酸部分在中性pH值環(huán)境中會(huì)搭上“門閂”，阻止E蛋白過早曝露其融合多肽,。
這種“門閂”在過早和過晚階段都會(huì)打開,，比如在早期階段酸性pH環(huán)境中會(huì)松開,，晚期則對(duì)內(nèi)涵體中的酸性環(huán)境作出應(yīng)答,，從而啟動(dòng)感染過程。因此研究人員認(rèn)為這種M蛋白是E蛋白的過步驟調(diào)控因子,，控制著隨著成熟和感染過程出現(xiàn)的構(gòu)想變化,，而其中的pH感應(yīng)作用也許能成為藥物研發(fā)的一種新靶標(biāo)。
周正洪教授研究組此前還曾利用低溫電子顯微鏡技術(shù)（cryoEM）揭示了腺病毒準(zhǔn)確的原子分辨的三維結(jié)構(gòu)和其蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的相互作用,，為世界各地試圖修飾腺病毒用于疫苗和癌癥基因治療的研究者提供了關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)信息,。修飾病毒用于基因治療,，研究者需要去除致病的DNA，用藥物替代,，還要利用病毒的外殼,。腺病毒經(jīng)過數(shù)百萬年的進(jìn)化，非常適合用作傳遞媒介,。
除此之外,，周正洪研究組還曾與中科院武漢病毒所水生病毒及結(jié)構(gòu)與功能研究學(xué)科組合作，發(fā)現(xiàn)了無包被病毒在入侵細(xì)胞的過程中膜穿透蛋白的新機(jī)制,，這一研究為解析此類病毒入侵細(xì)胞的特點(diǎn),，以及相關(guān)病毒性疾病的防治提供了重要信息。(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/nsmb.2463
PMC:
PMID:
Cryo-EM structure of the mature dengue virus at 3.5-Å resolution
Xiaokang Zhang,1, 2, 3, 4, 5, 9 Peng Ge,1, 2, 3, 9 Xuekui Yu,1, 2, 3 Jennifer M Brannan,3, 8 Guoqiang Bi,4, 5 Qinfen Zhang,6 Stan Schein2, 7 & Z Hong Zhou1, 2, 3, 4, 5
Regulated by pH, membrane-anchored proteins E and M function during dengue virus maturation and membrane fusion. Our atomic model of the whole virion from cryo–electron microscopy at 3.5-Å resolution reveals that in the mature virus at neutral extracellular pH, the N-terminal 20-amino-acid segment of M (involving three pH-sensing histidines) latches and thereby prevents spring-loaded E fusion protein from prematurely exposing its fusion peptide. This M latch is fastened at an earlier stage, during maturation at acidic pH in the trans-Golgi network. At a later stage, to initiate infection in response to acidic pH in the late endosome, M releases the latch and exposes the fusion peptide. Thus, M serves as a multistep chaperone of E to control the conformational changes accompanying maturation and infection. These pH-sensitive interactions could serve as targets for drug discovery.
