揭開冠狀病毒疾病的神秘面紗-肽-脂膜相互作用結(jié)構(gòu)功能分析的應(yīng)用

 
迄今為止，已有7種已知的冠狀病毒會導(dǎo)致人體疾病，其中的4種只會導(dǎo)致輕型或中型疾病。在過去的20年里，其余3種冠狀病毒逐漸出現(xiàn)在動物宿主身上，并且在全球范圍內(nèi)引起疫情，導(dǎo)致嚴重的呼吸道疾病甚至許多死亡案例。2002年爆發(fā)的嚴重急性呼吸綜合征（SARS）是由SARS冠狀病毒（SARS-CoV）引起的；而在2012年，中東呼吸綜合征冠狀病毒（MERS-CoV）被發(fā)現(xiàn)，并持續(xù)導(dǎo)致疫情偶發(fā)和局部爆發(fā)。
 
最近感染到人類的冠狀病毒是嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2型（SARS-CoV-2），它于2019年12月在中國被首次報道，隨后在2020年3月被世界衛(wèi)生組織（WHO）確認為全球大流行病。這種病毒導(dǎo)致的疾病被稱為COVID-2019，也就是一種呼吸道疾病，可導(dǎo)致輕微的流感樣癥狀甚至致命的肺部疾病。
 
 
冠狀病毒對我們有哪些影響？
 
病毒想要感染一個活的有機體，就必須要侵入其細胞，然后繁殖并持續(xù)感染其他宿主。病毒的類型決定哪些細胞會受到影響，冠狀病毒主要攻擊呼吸系統(tǒng)的細胞。隨著SARS 和MERS 的爆發(fā)，以及最近的新冠肺炎病毒，研究人員一直致力于研究這些病毒是如何進入我們的細胞的，并希望能夠找到一種預(yù)防方法。
 
當(dāng)冠狀病毒進入人體時，它們必須和宿主細胞的脂膜融合，然后才能傳遞他們的遺傳物質(zhì)。目前我們還不是很清楚融合的機制，但是已知的是，一種在結(jié)構(gòu)上被歸類為I 類病毒融合蛋白，并和流感病毒與艾滋病病毒在同一組的S 蛋白，會推動病毒結(jié)合并入侵細胞。S 蛋白的蛋白質(zhì)剪切揭示出，是它的融合肽（FP）發(fā)起了膜融合。作為冠狀病毒攻擊細胞的重要組成部分，定位和表征FP 是研究小組的優(yōu)先任務(wù)，但是它的確切位置一直都存在爭議。
 
 
重要的分析工具

研究人員用來定位冠狀病毒FP 的一種技術(shù)是電子順磁共振（EPR）波譜。EPR可以用于識別和定量固體、液體、氣體、細胞和體內(nèi)的順磁性物質(zhì)（自由基和過渡金屬離子）。因此，EPR 是一種很普遍的分析方法，適用于從納米金剛石到細胞膜等一系列的應(yīng)用。
 
有一項研究使用EPR 技術(shù)（ELEXSYS,   Bruker）對SARS 病毒FP 的肽-脂膜相互作用進行結(jié)構(gòu)和功能分析。該研究模擬了從SARS冠狀病毒分離出來的不同肽與合成脂膜的結(jié)合，也就是多層膜泡（MLVs）。多層膜泡通過一種特殊的，叫做自旋標記的氮氧化物被標記，它對局部環(huán)境十分敏感。使用膜序作為參數(shù)，可以從肽混合物中識別出FP，因為這會導(dǎo)致EPR 譜線線寬和線型的變化。使用EPR技術(shù)，研究小組可以識別并表征SARS 冠狀病毒的FP。
 
之所以選擇SARS 冠狀病毒作為模型，是因為我們有大量可用的功能性數(shù)據(jù)。但是FP 在冠狀病毒家族里廣泛存在，所以此項研究的發(fā)現(xiàn)適用于所有的此類病毒，包括MERS 和任何在動物宿主身上爆發(fā)的新型病毒，比如新冠病毒。類似的研究繼續(xù)加深我們對冠狀病毒如何感染人體的理解，并且有助于實現(xiàn)防止這些病毒傳播的最終目標。
 
 
參考文獻：
1. Lai AL, Millet JK, Daniel S, Freed JH and Whittaker GR (2017) The SARS-CoV Fusion Peptide Forms an Extended Bipartite Fusion Platform that Perturbs Membrane Order in a Calcium-Dependent Manner, J Mol Biol, 8;429(24):3875-3892.
 
 
致謝

配圖來自 David S. Goodsell, RCSB Protein Data   Bank; doi: 10.2210/rcsb_pdb/goodsell-gallery-019
配圖描繪了一種剛剛進入肺部的冠狀病毒，它被呼吸細胞分泌的黏液、抗體和一些小的免疫系統(tǒng)蛋白所包圍。病毒被一層細胞膜所包圍，這層膜包含促進抓附和進入細胞的S 蛋白，參與細胞內(nèi)核蛋白組織的M 蛋白，以及作為細胞膜通道的E 蛋白，它參與病毒出芽并有可能在這一過程中并入病毒顆粒。其中的核蛋白包括許多與基因組RNA 結(jié)合的N 蛋白副本。
 
   
布魯克致力于支持科學(xué)家取得突破性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)并開發(fā)新的應(yīng)用以提升人類的生活質(zhì)量。布魯克的高性能科技儀器以及高價值分析和診斷解決方案，讓科學(xué)家能夠在分子、細胞和微觀層面上探索生命和材料的奧秘。通過和用戶的緊密合作，布魯克致力于科技創(chuàng)新、提升生產(chǎn)力并實現(xiàn)用戶的成功。我們的業(yè)務(wù)領(lǐng)域包括生命科學(xué)分子研究、應(yīng)用和藥物應(yīng)用、顯微鏡和納米分析、工業(yè)應(yīng)用、細胞生物學(xué)、臨床前成像、臨床表型組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)研究以及臨床微生物學(xué)等。