? 新冠肺炎（COVID-19）在全球確診人數(shù)已突破1200萬,，到目前仍無特效藥和疫苗問世。新冠病毒（SARS-CoV-2）的基礎(chǔ)研究對于抗病毒藥物的研發(fā)及疫苗的開發(fā)至關(guān)重要,。我院科研中心致力于為精準抗擊新冠病毒做貢獻,，已有多個團隊參與SARS-CoV-2的研究與診斷工作。近日,，我院科研中心病理結(jié)構(gòu)生物學(xué)組的徐朋奇助理研究員與英國弗朗西斯·克里克研究所的研究人員,，聯(lián)合解析了SARS-CoV-2與蝙蝠冠狀病毒（RaTG13）刺突蛋白（Spikeprotein）的三維結(jié)構(gòu),，其中SARS-CoV-2刺突蛋白的結(jié)構(gòu)為目前最高分辨率。該文章近期在Nature Structure & Molecular Biology上刊發(fā),。
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????截至目前,，SARS-CoV-2被認為源自蝙蝠冠狀病毒。已知序列的RaTG13與SARS-CoV-2基因序列的同源度高達96%,。SARS-CoV-2外膜上的刺突蛋白為同源三聚體,，介導(dǎo)病毒與人體細胞表面的ACE2受體結(jié)合，促使病毒外膜與人體細胞膜的融合,，啟動病毒的入侵,。在此過程中，刺突蛋白需要發(fā)生構(gòu)象改變,，位于N端的受體結(jié)合域(Receptor Binding Domain, RBD)會向上揚起,，暴露出RBD，稱為“開啟態(tài)”,，暴露的RBD可與ACE2相結(jié)合,；當RBD包埋在刺突蛋白內(nèi)部時，不具有與受體結(jié)合的能力,，稱為“關(guān)閉態(tài)”,；位于二者之間則稱為“中間態(tài)”。相比于RaTG13,，SARS-CoV-2的刺突蛋白含有弗林蛋白酶(Furin)的切割位點,。我們的三維結(jié)構(gòu)顯示，被Furin切割的刺突蛋白,，更傾向于“中間態(tài)”和“開啟態(tài)”,。這樣的結(jié)果顯示，病毒進化過程中獲取的Furin切割位點,，使病毒處于“中間態(tài)”和“開啟態(tài)”刺突蛋白的比例明顯增加,，推測這利于SARS-CoV-2與受體的結(jié)合，便于病毒的入侵,。如下圖：
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????本研究中解析的SARS-CoV-2刺突蛋白的分辨率達到2.6?,，遠高于前文報道。更重要的是,，本研究首次解析了近乎完整的N端結(jié)構(gòu)域（含RBD）,，這對抗體研發(fā)與疫苗開發(fā)中抗原表位的設(shè)計具有重要意義。另外,，本研究還解析了RaTG13刺突蛋白的三維結(jié)構(gòu),，分辨率達到3.1?,。三維結(jié)構(gòu)顯示,，二者在關(guān)鍵位點氨基酸的差異,，使SARS-CoV-2刺突蛋白的單體與單體之間擁有更多的氫鍵和更少的斥力，從而使SARS-CoV-2的刺突蛋白更加穩(wěn)定,。
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????刺突蛋白與ACE2結(jié)合,，啟動了病毒的入侵。因此,，本研究分別測試了RaTG13和SARS-CoV-2刺突蛋白與人源ACE2的親和力,，結(jié)果顯示SARS-CoV-2刺突蛋白的親和力比RaTG13的強了大約1000倍。部分關(guān)鍵位點氨基酸的區(qū)別,，解釋了兩種來源刺突蛋白RBD與ACE2親和力的差異,。如下圖所示：
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????本研究基于冷凍電鏡三維結(jié)構(gòu)和生化實驗，推測冠狀病毒從蝙蝠進化至人類新冠病毒的過程中,，氨基酸的進化顯著提高的刺突蛋白的穩(wěn)定性及與ACE2的親和力,。Furin切割位點的出現(xiàn)，使SARS-CoV-2的刺突蛋白可被Furin酶切割,，從而使其更容易進入“開啟態(tài)“,，便于啟動病毒對人體細胞的侵染。
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? ? 早在2018年,，何裕隆院長率隊到訪英國最頂尖的生物醫(yī)學(xué)研究所——弗朗西斯·克里克研究所,，與該所副所長、英國皇家科學(xué)院院士Steve Gamblin簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議,。正是該協(xié)議的簽署,，為本次合作奠定了基礎(chǔ)。
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雙方簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議
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????本研究英方合作課題組是由Steve Gamblin領(lǐng)導(dǎo)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)組,。Steve Gamblin院士是著名的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家,，主要從事流感病毒及表觀遺傳學(xué)的研究，有多篇文章發(fā)表在Nature等頂級期刊上,。本研究發(fā)表的Nature Structure & Molecular Biology是Nature旗下的著名期刊,，平均影響因子為12~13。解析刺突蛋白三維結(jié)構(gòu)的冷凍電鏡技術(shù)（Cryo-EM）在2017年獲得諾貝爾化學(xué)獎,，近年來漸漸成為結(jié)構(gòu)生物學(xué)的熱門方向,，有大量生命活動中關(guān)鍵蛋白復(fù)合物，通過該技術(shù)獲得解析,，多數(shù)成果發(fā)表在Nature和Science上,。我院的病理結(jié)構(gòu)生物學(xué)組，隸屬于科研中心旗下的精準醫(yī)療中心,，由中山大學(xué)引進的張影副研究員領(lǐng)導(dǎo),，致力于通過結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物化學(xué)及生物物理學(xué)相結(jié)合的方式,，解密與疾病密切相關(guān)蛋白質(zhì)的分子機理,，為藥物開發(fā)奠定基礎(chǔ),。該課題組目前有1名助理研究員、3名博士后,，1名實習(xí)研究員和1名研究生,。
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通訊員：徐朋奇
編輯：溫志鑫
初審：朱澂明
審核：劉暢
審核發(fā)布：苗偉