新冠病毒入侵众多人类的身体后,一个叫ACE2的结构在学术圈突然火了。
作为一个人类身体细胞中本来就存在的结构,ACE2被纷纷指责:
就是你这个奸细,把新冠病毒带进了人体细胞!
虽然ACE2本身是人体细胞的正常结构,但它怎么就被新冠病毒“利用”了呢?
针对ACE2“容易被利用”的特点,要提供怎样的药物、怎样的治疗方式,才能拯救更多人呢?
首先,必须摸清ACE2的底细,搞清它的结构,才好对症下药。
现在,西湖大学把这件事做出来了。
ACE2:被新冠病毒“绑架”的细胞门把手
今天(2月19日)凌晨3点,西湖大学研究团队在预印版平台bioRxiv上线最新研究成果:利用冷冻电镜技术,成功解析新冠病毒受体ACE2的全长结构。
这也是全球第一次成功解析ACE2的全长结构。
有什么用呢?对抗疫特效药研发大有帮助。
ACE2,全称Angiotensin-converting enzyme 2,中文名称血管紧张素转化酶2。
主要生理作用是促进血管紧张素(一种控制血管收缩和血压的肽激素)的成熟,在肺、心脏、肾脏和肠道广泛存在。
只是,当病毒入侵时,ACE2就被病毒“绑架”了。
它是SARS冠状病毒(SARS-CoV)和人类冠状病毒NL63的受体,可以说是多数冠状病毒侵入人体的关键。
比如,当它被SARS冠状病毒“绑架”后,就会变成一个这个样子,像个大龙虾:
“龙虾钳子”的部分,就是SARS病毒的S蛋白,它和ACE2的PD部分紧紧地结合在了一起,这样,ACE2就被迫成为了“内奸”,引病毒入细胞。
而且,最近美国得克萨斯大学奥斯汀分校的研究团队,还成功解析了新冠病毒的S蛋白结构,指出ACE2与新冠病毒的RBD之间的亲和力,比其与SARS病毒的RBD的亲和力高10-20倍。
也就是说,相比SARS,新冠病毒在“绑架ACE2”这件事儿上更得心应手。
这虽然还不能直接得出“新冠病毒传染性是SARS 10-20倍”的结论,但“亲和力”一项对比,也算为新冠病毒传染性之强,找到了科学依据。
西湖大学研究团队称:“在SARS病毒和‘新冠病毒’侵入人体的过程中,ACE2就像是‘门把手’,病毒抓住它,从而打开了进入细胞的大门。”
ACE2全长结构的解析,对于后续疫苗和抗病毒药物的研发,无疑提供了重要的结构生物学数据支撑。
“将有助于理解冠状病毒进入靶细胞的结构基础和功能特征,对发现和优化阻断进入细胞的抑制剂有重要作用“,清华大学全球健康与传染病研究中心主任张林琦教授解释。
此外,微博网友“三个大米袋”也给出了一个更形象的比喻:“就和知道锁孔长啥样然后照这个配钥匙。不然就要用无数个钥匙去试哪个可以开门。”
全球首次解析出ACE2的全长结构
根据西湖大学公布的资料,ACE2的全貌长这样:
上面的蓝色和灰白色部分,是ACE2的两个结构PD(肽酶结构域,peptidase domains)和CLD(Collectrin样域,Collectrin-like domain),但ACE2很难在体外稳定获得,常常是与肠道内的一个氨基酸转运蛋白B0AT1打包一同出现。
西湖大学研究团队给出了大胆假设:这个复合物极有可能稳定住ACE2,并通过共表达的方法,能够获得优质稳定的复合物,就构成了上面这种X形状。
在确定了ACE2的这种特殊存在形态后,就在冷冻电镜下解析了它的三维结构:
图中的分辨率是2.9埃。“埃”(符号Å)是计量光波长度和分子直径的单位,一个“埃”是0.1纳米。
而整个ACE2的结构,长这样:
从给出的这些图片资料可以看出,ACE2以二聚体形式存在,同时具有开放和关闭两种构象变化,但两种构象均含有与冠状病毒的相互识别界面。
当然,ACE2只是新冠病毒感染人体细胞过程中的一部分,其关键在于新冠病毒的S蛋白与ACE2蛋白的结合。
因此搞清楚新型冠状病毒S蛋白的结构,以及它与ACE2之间的相互作用,是需要进一步研究的重要方向。
西湖大学团队称,这一研究发现为进一步解析全长ACE2和新冠病毒的S蛋白复合物的三维结构奠定了基础。
在他们看来,这个工作本身为理解新冠病毒侵染细胞,提供了很多有趣的线索。比如:
ACE2的二聚体与新冠病毒S蛋白的三聚体,是否可以发生更高层级的交联,从而促进病毒与宿主细胞膜的融合或者内吞?
之前有研究表明ACE2的胞外区如果被切割,将会更有效地促进冠状病毒的侵染,但是ACE2与B0AT1的复合物结构显示,B0AT1的存在有可能阻碍蛋白酶靠近这个切割位点,这是否解释了:病毒侵染症状主要发生在没有B0AT1的肺部?
西湖大学团队成果
这篇论文一共5位作者,第一作者和通讯作者,都来自西湖大学浙江省结构生物学研究重点实验室,由西湖大学创办校长施一公担任主任,而且作者都与现普林斯顿大学教授颜宁有极大渊源——众所众知,西湖大学校长施一公与颜宁教授是科学届的知名师徒。
本次研究中,第一作者是鄢仁鸿(下图左),是西湖大学生命科学学院博士后。本科就读于山东大学,博士师从颜宁教授。
毕业之后前往西湖大学从事博士后研究工作。(颜宁教授透露,他毕业博士之后,因为不想异地恋,所以没出国。)
通讯作者名为周强(上图右),黑龙江齐齐哈尔人。2000年考入清华大学,攻读学士学位之后,又师从隋森芳院士攻读博士学位。
博士毕业后继续留实验室从事博士后研究工作,2015年博士后出站后在清华大学医学院颜宁教授课题组任副研究员。
2019年初加盟西湖大学担任西湖学者、特聘研究员,开展独立研究工作。
值得一提的是,这也是西湖大学的首篇疫情相关的研究。
自西湖大学谋篇筹建以来,就明确以小而精的高水平研究型大学为目标,外界也有“中国加州理工”的期望。
西湖大学可追溯至2015年3月,其时施一公、陈十一、潘建伟、饶毅、钱颖一、张辉和王坚7位学术知名人士向国家提出希望申办一所具有中国特色的、新型机制的国际化高水平研究型大学。
随后,他们组成了西湖大学筹办委员会,并注册成立杭州市西湖教育基金会,作为西湖大学的举办方。
2016年12月,浙江西湖高等研究院正式成立,作为西湖大学办学的依托主体和前身。
2018年4月,西湖大学获批设立,成为中国第一所社会力量创办的大学,学校办学经费来源主要为举办者出资、办学收入、竞争性科研项目经费及人才政策支持经费和政府扶持资金等。
2018年10月20日西湖大学正式成立之时,就已经筹资35亿元,建造了66亩校园,聚集了68位科学家和139位博士生。
人才济济,也产出了诸多研究成果。
成功解析新冠病毒细胞受体的空间结构,也算是其最新代表,为新冠病毒疫情抗击,贡献了关键性一击。
最后,附上论文链接:https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.02.17.951848v1.full.pdf
参考链接:
https://mp.weixin.qq.com/s/WoYgx3wejD9f9mSVj9q7KQ
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