5月26日,國際生物學(xué)雜志Cell 在線發(fā)表了中國科學(xué)院微生物研究所高福團(tuán)隊和清華大學(xué)顏寧課題組的合作文章Structural Insights into the Niemann-Pick C1 (NPC1)-Mediated Cholesterol Transfer and Ebola Infection,首次報導(dǎo)了人類膽固醇轉(zhuǎn)運體NPC1,以及NPC1與埃博拉病毒表面融合蛋白復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu),為深入理解NPC1介導(dǎo)的膽固醇轉(zhuǎn)運和埃博拉病毒入侵提供了重要線索。
NPC1是位于內(nèi)吞體(endosome)和溶酶體(lysosome)上的一個多次跨膜蛋白,由1278個氨基酸殘基組成,包含13次跨膜螺旋,具有三個大的腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域(A, C和I)。NPC1在體內(nèi)主要負(fù)責(zé)膽固醇轉(zhuǎn)運,其氨基酸突變可能會導(dǎo)致Niemann-Pick C綜合癥,表現(xiàn)為兒童神經(jīng)發(fā)育遲緩,認(rèn)知障礙或失聰,嚴(yán)重時會導(dǎo)致兒童夭折。
前人的研究表明,NPC1也是埃博拉病毒進(jìn)入人體的”大門”。在具有埃博拉抗性的細(xì)胞中表達(dá)NPC1會介導(dǎo)埃博拉病毒的感染;反之,其缺失突變會使對埃博拉病毒敏感的細(xì)胞產(chǎn)生抗性。這一特征也使得NPC1成為埃博拉病毒防治中最熱門的藥物靶點之一。1月15日,高福團(tuán)隊在Cell 雜志在線發(fā)表了Ebola Viral Glycoprotein Bound to Its Endosomal Receptor Niemann-Pick C1(《埃博拉病毒糖蛋白結(jié)合內(nèi)吞體受體NPC1的分子機制》),該文章報道了埃博拉病毒的表面融合蛋白GPcl與NPC1結(jié)構(gòu)域C的晶體結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)域C主要利用兩個突出來的環(huán)狀結(jié)構(gòu)插入激活態(tài)糖蛋白頭部的疏水凹槽里,從而發(fā)生相互作用。然而,由于缺乏NPC1全長膜蛋白的結(jié)構(gòu)信息,其它兩個腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域A和I在埃博拉入侵中的作用并不清楚。
在最新的文章中,顏寧課題組和高福課題組合作,利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)重構(gòu)了4.4 Å分辨率的NPC1全長膜蛋白結(jié)構(gòu),以及6.6 Å分辨率的NPC1與埃博拉GPcl復(fù)合物的電鏡結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)顯示NPC1在去垢劑溶液中以單體形式存在,高度約為140 Å,其2-13次跨膜螺旋的結(jié)構(gòu)與已解析的RND家族其它成員的結(jié)構(gòu)較為類似,N端和C端結(jié)構(gòu)域形成一個假二次對稱結(jié)構(gòu);三個腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域中,結(jié)構(gòu)域A像“頭”一樣坐落在以結(jié)構(gòu)域C和結(jié)構(gòu)域I形成的兩個肩膀中間,三個結(jié)構(gòu)域之間形成充分的相互作用。NPC1的結(jié)構(gòu)和大量的生化分析解釋了很多與Niemann-Pick C綜合癥相關(guān)的突變。在NPC1與埃博拉GPcl的復(fù)合物結(jié)構(gòu)中,一個GPcl三體結(jié)合了一個NPC1分子,其結(jié)合位點位于結(jié)構(gòu)域C上,靠近結(jié)構(gòu)域A,遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)域I。結(jié)合SPR實驗數(shù)據(jù),證實了在類似于體內(nèi)溶酶體的低pH條件下,埃博拉GP蛋白與NPC1有較高的親和力,其中結(jié)構(gòu)域C的親和力與GPcl最強,而結(jié)構(gòu)域A與GPcl的親和力很弱。NPC1與GP的復(fù)合物結(jié)構(gòu)進(jìn)一步揭示了結(jié)構(gòu)域C在介導(dǎo)埃博拉病毒入侵中的主導(dǎo)作用,而結(jié)構(gòu)域A和結(jié)構(gòu)域I起到支撐作用。
NPC1 (左)及NPC1與埃博拉GPcl的復(fù)合物(右)結(jié)構(gòu)圖
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