蛋白质上海设施五线六站用户揭开寨卡病毒复制奥秘

永利集团,近日,由天津大学杨海涛教授领导的国际科研团队揭开了寨卡病毒复制的奥秘。病毒复制几乎都需要一种被称之为“解旋酶”的蛋白质。寨卡病毒解旋酶是一种“马达”蛋白,它通过水解三磷酸核苷将化学能转换为机械能,从而实现对双链核酸的解链功能。病毒只有将双链核酸解链后,才能将单链遗传物质进行复制,实现增殖。利用X光单晶衍射技术,该科研团队在原子分辨率水平解析了寨卡病毒解旋酶、三磷酸腺苷和金属催化离子形成的三元复合物的空间结构。在研究过程中,科学家们成功捕捉到了寨卡病毒解旋酶结合ATP以及金属离子的中间态。这也是首次捕捉到黄病毒属(包括登革热病毒、黄热病毒、西尼罗病毒等)的解旋酶结合其天然底物ATP的中间体。通过对这一精细结构的分析,科学家们揭示了寨卡病毒解旋酶如何识别ATP和金属催化离子的精确机制。

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因为寨卡病毒疫情在全球范围内迅速扩散,所以国际上众多科学家纷纷开展针对其复制机理和药物开发的相关研究。杨海涛教授团队利用国家蛋白质科学研究设施的蛋白质微晶体实验站和复合物晶体结构实验站,并在线站工作人员积极参与和支持下,收集了一系列寨卡病毒解旋酶及其复合物的高分辨率晶体学数据。天津大学的研究团队利用国家蛋白质科学研究设施收集的数据,解析出了寨卡病毒解旋酶、解旋酶-三磷酸腺苷-金属催化离子形成的三元复合物,以及寨卡病毒解旋酶和基因组RNA复合物的三维空间结构,率先揭示了寨卡病毒复制过程中这一关键步骤的分子机制。我国蛋白质科学研究设施在寨卡病毒的复制机理研究中扮演了重要角色,其产生的科研成果将促进抗寨卡病毒的药物研发,抵御该病毒在全球范围内的巨大威胁。

为了探究寨卡病毒与其他黄病毒属成员在复制机制上的差异,科学家们又解析了寨卡病毒解旋酶结合其自身基因组RNA的复合物三维结构。科学家们发现寨卡病毒解旋酶在结合RNA后因为其结构域发生旋转运动,会引发较大的构象变化。更令科学家们吃惊的是,寨卡病毒解旋酶的这种构象变化与登革热病毒解旋酶截然不同。通过这一现象,科学家们认为黄病毒属解旋酶在进化过程中演化出一种保守的分子“马达”,它可以通过水解三磷酸核苷将化学能转变为机械能,用于实现病毒复制过程中的“解链”;然而利用不同的“运动”模式,各种病毒的解旋酶又可以差异性地识别自身的基因组RNA,用于满足不同病毒复制的需要。在这一过程中,大自然巧妙地将“趋同”和“趋异”这两种进化模式高度统一起来。

目前,在南美洲和拉丁美洲肆虐的寨卡病毒越来越引起人们的重视和广泛关注。寨卡病毒感染除了能够造成新生儿小头畸形,还能引发格林-巴利综合征。后者是一种严重的神经系统疾病,能导致患者瘫痪甚至死亡。虽然寨卡病毒现在已几乎家喻户晓,但其复制的过程及机理仍然是个未解之谜。

国家蛋白质科学研究设施五线六站用户天津大学生命科学学院杨海涛教授团队在寨卡病毒研究中取得最新突破性成果,该成果于7月18日发表在国际知名学术期刊Protein&Cell上。

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