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清华团队精确定位了新的冠状病毒和人类受体位点。。

(原题:清华团队准确定位了新型冠状病毒和人受体的作用部位,并协助抗体筛选)新型冠状病毒如何进入人体?近年来,国内外许多实验室都试图从近原子水平上解开这一谜团。当地时间2月19日,清华大学生命学院王新泉课题组、张林琦课题组在生命科学预印本biorxiv(同行评议)网站上发表论文。利用X射线衍射技术分析了RBD与ACE2配合物的晶体结构。研究小组获得的复合材料结构的分辨率为2.45埃,这是迄今为止许多实验室获得的最高分辨率。

研究小组确定了RBD和ACE2之间的相互作用位点。病毒要进入人体细胞,必须在人体细胞上找到相应的受体蛋白。因此,受体就像一把“锁”,只有用相应的“钥匙”才能打开,病毒才能进入细胞。新的ACE2受体冠状病毒的关键是S蛋白。这项最新研究发现,新冠状病毒在关键受体结合氨基酸位点上与SARS病毒相似。在深入对比分析的基础上,研究小组还发现一些可能导致新冠状病毒与SARS病毒传播差异的氨基酸位点,以及导致抗SARS病毒抗体的氨基酸位点不能有效抑制新冠状病毒的感染。

王新泉和张林琦在分子机理、中和抗体筛选鉴定、疫苗研制等领域合作近10年。过去,他们研究了抗中东呼吸综合征冠状病毒(mers-cov)抗体mers-4的抗病毒机制,并取得了一系列国际前沿研究成果。特别地,研究小组利用昆虫细胞系统表达和纯化了RBD和人ACE2的胞外结构域,并成功地生长出RBD-ACE2复合物晶体(晶体生长条件:100 mm MES,pH 6.5,10%peg 5000mm e,12%1-丙醇)。

之后,他们利用X射线结晶学,利用中科院上海光源bl17u线站采集了分辨率为2.45埃的衍射数据,并分析了复合物的三维空间结构。2019年ncov-RBD与ACE2结合的整体结构:ACE2为绿色,2019年ncov-RBD的核心为青色,RBM为红色,2019年ncov-RBD的二硫键显示为棒状,用黄色箭头表示。标记了负责结合的ACE2的N端螺旋。值得一提的是,Jason s McLellan的团队在《科学》杂志上发表了一篇论文,他们率先利用冷冻电子显微镜分析了2019年ncov表面s蛋白的近原子结构。

然而,现有模型对RBD的分辨并不完全,特别是直接与ACE2相互作用的受体结合模块(RBM)。研究小组认为,计算机模拟2019年cov RBD与ACE2之间的相互作用,已经确定了一些可能参与实际相互作用的氨基酸残基,但相互作用的过程和细节仍然难以捉摸。研究团队的结构分析表明,2019年ncov-RBD/ACE2和SARS-CoV-RBD/ACE2界面在埋面积、相互作用残数和亲水性相互作用网络等方面基本相似,但表面静电势存在一定差异。

尽管这两种病毒属于不同的b-冠状病毒遗传谱系,但研究人员认为,结构和序列的相似性有力证明了2019年ncov和SARS-CoV的RBD具有收敛性进化,从而提高了它们与同一ACE2受体的结合亲和力。研究小组还认为,由于结构相似,2019年ncov和SARS-CoV的ACE2和RBD之间的结合亲和力在之前报道的相同范围内(约10-60纳米)。根据麦克莱伦研究小组最近得出的“新冠状病毒S蛋白与ACE2的亲和力是SARS病毒S蛋白与ACE2亲和力的10-20倍”的结论,作者认为这可能是由于分析中使用的蛋白质不同,或是其他一些未知原因所致。

事实上,作者认为,仅仅考虑结合的亲和力并不能解释2019年ncov的超强感染力。其他因素,如2019年ncov尖峰蛋白S1/S2边界的特异性“rrAR”Flynn裂解位点,可能在促进人与人之间的快速传播方面发挥更重要的作用。值得一提的是,中和抗体被认为是免疫系统抵御病毒感染的策略之一。根据以往的研究,马抗SARS-CoV血清和恢复期SARS患者血清可以交叉中和2019-ncov,进一步强调了2019-ncov与SARS-CoV-RBDS的结构相似性。

然而,到目前为止,抗SARS-CoV的抗体(m396、S230、80R和cr3014)对2019个ncov s蛋白或RBD没有显示出理想的交叉结合和中和活性。唯一的例外是SARS-CoV特异性人单克隆抗体cr3022,它能有效结合2019个ncov RBD。然而,尚不清楚SARS-CoV或2019-ncov-RBDS上cr3022的确切表位。在这三种无法与2019年ncov-RBD结合的抗体中,研究小组通过SARS-CoV-RBD-Fab复合物的高分辨率晶体结构分析了其中两种(m396和80R)的表位。

通过将这些表位残基定位到SARS-CoV-RBD序列和2019-ncov-RBD序列,研究小组发现,与SARS-CoV相比,2019-ncov-RBD上m396抗体的21个表位有7个变化,而80R抗体的24个表位有15个变化。SARS-CoV中和抗体表位标测:黑点代表m396表位残基,红点代表80R表位残基,为m396和80R对2019株ncov无交叉反应提供了结构基础。然而,在2019年ncov-RBD和SARS-ncov-RBD之间确实存在氨基酸守恒,甚至在更可变的RBM中(见上文)。

研究小组认为,本研究为治疗性抗体药物的开发和疫苗的设计奠定了坚实的基础。张林琦说,疫苗研发的关键目标是新型冠状病毒的“关键”,病毒如何进入细胞非常重要。这些研究将有助于科学家筛选能够阻止病毒与人体结合的抗体或小分子药物。两个小组的下一步工作是根据结构设计筛选抗体或小分子药物,以防止RBD与ACE2结合。但他们也强调,这是一个相对漫长的过程,因为到目前为止,能够有效抑制新型冠状病毒的特异性抗体和药物仍在筛选和验证过程中,这需要科学家们付出更多的努力。

值得一提的是,2月17日,西湖大学周强教授团队首次报道了ACE2全长蛋白的高分辨电子显微镜结构(2.9埃)。2月19日,研究小组进一步分析了ACE2全长蛋白和新冠状病毒s蛋白RBD的复合结构(3.5埃)。此外,中国科学院微生物研究所的齐建勋团队还分析了RBD和ACE2复合物的晶体结构(2.5A)。上述三个国内独立团队均选择在第一时间向全社会公布其化合物的原子坐标,以提高其利用率。诺贝尔奖得主:新型冠状病毒类似于SARS病毒。

莱维特的研究小组发现,这种新型冠状病毒与蝙蝠携带的冠状病毒、SARS病毒和mers病毒相似。目前尚不清楚这种病毒是否正在变异。资料来源:澎湃新闻主编:王慕青、nb12712。。

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