《細胞》:李蘭娟/李賽等解析新冠病毒完整分子結構

2020-12-23 中國生物技術網

由於新病例的迅速增加，2019年冠狀病毒病（COVID-19）很快引起了全球關注，病原體被鑑定為SARS-CoV-2。截至目前（9月15日），據約翰·霍普金斯大學發布的實時統計數據，全球累計新冠肺炎確診病例超過2925萬例，死亡人數達93萬。這些數字每天都會更新，而且預計還會進一步增加。儘管在SARS-CoV-2蛋白的結構闡明方面取得了最新進展，但完整病毒的詳細結構仍有待揭示。

2020年9月14日，浙江大學傳染病診治國家重點實驗室李蘭娟院士、清華大學生科院李賽研究員共同通訊刊Cell 在線發表題為「Molecular architecture of the SARS-CoV-2 virus 」的研究論文，該研究使用冷凍電子斷層掃描（cryo-ET）和子斷層掃描圖平均化（STA），解析了真實SARS-CoV-2病毒的分子組裝。確定融合前後構象中S蛋白的天然結構，其平均解析度為8.7-11。通過質譜分析來自天然刺突的N-連接聚糖的組成，其揭示了天然聚糖與重組糖蛋白聚糖的總體加工狀態高度相似。總體而言，這些特徵非常詳細地揭示了SARS-CoV-2病毒的結構，並闡明了該病毒如何在直徑約80 nm的管腔中堆積其約30 kb長的單段RNA。

SARS-CoV-2是一種新型的β-冠狀病毒。SARS-CoV-2在其（+）RNA基因組中至少編碼29種蛋白質，其中四種是結構蛋白質：刺突（S），膜（M），包膜（E）和核衣殼（N）蛋白。

約600 kDa的三聚S蛋白是已知的最大的I類融合蛋白之一，被66個N-連接的聚糖高度糖基化。每個S 原蛋白包含S1和S2亞基，以及單個跨膜（TM）錨。S蛋白通過受體結合域（RBD）與細胞表面受體血管緊張素轉化酶2（ACE2）結合，這是膜融合的必不可少的步驟。S的激活需要Furin蛋白酶樣蛋白酶切割S1 / S2並經歷從融合前到融合後的構象變化。

文章模式圖（圖源自Cell ）

已解決了S蛋白的幾種融合前構象，其中三個RBD顯示不同的方向，即「向上」或「向下」。僅當RBD採用「向上」構象時，受體結合位點才暴露。儘管努力闡明了使用重組蛋白以接近原子的解析度解析SARS-CoV-2病毒宿主的識別和進入機制，但仍需要有關真實病毒的原位結構和態勢的高解析度信息。

冠狀病毒是所有RNA病毒中最大的基因組。N蛋白質如何在病毒管腔中寡聚，組織和包裝約30 kb長的單鏈RNA是令人費解的。冠狀病毒的早期負染色電子顯微鏡顯示直徑約為15 nm的單鏈螺旋RNP。SARS-CoV的Cryo-ET表明，RNP以約4-5 nm的解析度組織在包膜下的晶格中。但是，在小鼠肝炎病毒（MHV）未觀察到這種超微結構。到目前為止，還沒有針對冠狀病毒RNP的分子模型，對其他（+）RNA病毒的RNP的結構，組裝和RNA包裝知之甚少。

該研究使用冷凍電子斷層掃描（cryo-ET）和子斷層掃描圖平均化（STA），解析了真實SARS-CoV-2病毒的分子組裝。確定融合前後構象中S蛋白的天然結構，其平均解析度為8.7-11。通過質譜分析來自天然刺突的N-連接聚糖的組成，其揭示了天然聚糖與重組糖蛋白聚糖的總體加工狀態高度相似。總體而言，這些特徵非常詳細地揭示了SARS-CoV-2病毒的結構，並闡明了該病毒如何在直徑約80 nm的管腔中堆積其約30 kb長的單段RNA。

論文連結：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)31232-0

來源：iNature

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