Dünyanın ilk örneği: West Lake Üniversitesi, yeni koronavirüs hücre reseptörünün uzamsal yapısını başarıyla analiz etti
Metin | Akademik Manşetler
West Lake Üniversitesi'nden Zhou Qiang laboratuvar ekibinin yeni koronavirüs hücre reseptörünün yapısını başarılı bir şekilde analiz etmede 19 Şubat'ta Pekin saatiyle 03: 00'te büyük atılım sonuçları, baskı öncesi platform BioRixiv'de başlatıldı. NCov virüsünün reseptörü olan ACE2'nin tam uzunluktaki yapısı dünyada ilk kez analiz edildi.
Zhejiang Eyaletinde yeni koronavirüs pnömonisinin önlenmesi ve tedavisi için West Lake Üniversitesi tarafından üstlenilen acil durum bilimsel araştırma görevinin önemli bir başarısı olan bu keşif, yeni koronavirüse karşı mücadelede bir kilometre taşıdır ve büyük önem taşımaktadır.
"Genel olarak, ACE2'nin tam uzunluktaki yapısının analizi, hedef hücreye giren koronavirüsün yapısal temelini ve işlevsel özelliklerini anlamaya yardımcı olacak ve hücreye girişi engelleyen inhibitörlerin keşfinde ve optimizasyonunda önemli bir rol oynayacaktır." Tsinghua Üniversitesi Küresel Sağlık ve Bulaşıcı Hastalıklar Araştırma Merkezi direktörü Profesör Zhang Linqi, Said Profesör Zhang Linqi.
ACE2 nedir? Neden ayrıştırmalı?
Yeni koronavirüs enfeksiyonunun neden olduğu pnömoni salgınından sonra, ACE2'nin SARS'a neden olduğu tespit edildi. Koronavirüs aynı zamanda 2019 yeni koronavirüs için temel reseptördür. SARS'ta ACE2'nin aşağı regülasyonu, virüs enfeksiyonundan sonra ciddi akciğer yetmezliğinin patogenezindedir. Önemli bir rol oynar.
Diğer bir deyişle, Yeni koronavirüs, ACE2 proteinini tanıyarak insan hücrelerine girer ACE2 bir "kapı tokmağı" gibidir Virüs ACE2'yi kapar ve hücrenin kapısını açar. Bu nedenle ACE2, insan vücudunu işgal eden "yeni koronavirüs" ün ilk ve en önemli parçasıdır.
2003'ten sonra ACE2, SARS koronavirüs enfeksiyonu için temel bir reseptör olarak tanımlandı, ancak aynı zamanda SARS'ın neden olduğu ölümcül akciğer yetmezliğine karşı koruyucu bir moleküldür.
İlginç bir şekilde, ACE2'nin SARS koronavirüs reseptör fonksiyonu ve Ang II'nin degradasyonu üzerindeki katalitik aktivitesi mekanik olarak ilişkili değildir ve ACE2'nin aracılık ettiği Ang II'nin bozulması, atipik pnömoni patogenezinden akciğer koruması için hala önemlidir. . Diğer bir deyişle SARS, reseptör olarak akciğer üzerinde koruyucu etkisi olan ACE2'yi seçmiş ve ACE2 için hedefli tedaviyi (yani önceki hipotez) bir ikilem haline getirmiştir.
Ve bu sefer SARS ile çok benzer performans özelliklerine sahip olan yeni koronavirüs, bir kez daha ACE2'yi hedef aldı. Bununla birlikte, Çin Ulusal Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezi ve diğer araştırma kurumları tarafından ortaklaşa yayınlanan yaklaşık 9.000 doğrulanmış ve şüpheli yeni koroner pnömoni (COVID-19) vakasına ilişkin verilerin, yeni koroner pnömoninin temel enfeksiyon sayısının R0'ın 3,77 kadar yüksek olduğunu gösterdiğini belirtmek gerekir. Bulaşıcı yetenek açısından, bu yeni koronavirüs (SARS-CoV-2) SARS virüsünden (R0: 0.85-3) çok daha güçlüdür.
Öyleyse yeni koronavirüs ve SARS virüsü, hücreye girmek için virüs yüzeyindeki S proteini ve hücre yüzeyindeki anjiyotensin dönüştürücü enzim 2 (ACE2) kombinasyonuna dayandığına göre, yeni koronavirüs neden SARS virüsünden daha bulaşıcıdır?
Austin'deki Texas Üniversitesi'nden Jason S McLellan ekibi, 17 Şubat'ta ön baskı platformu bioRxiv hakkında bir araştırma makalesi yayınladı.Araştırmacılar, yeni koronavirüs S proteininin yapısını analiz etmek için kriyo-elektron mikroskobu kullandı ve yüzey plazmon rezonansını kullandı. Teknoloji (SPR), S proteini ve ACE2'nin afinitesini analiz etti.
Bunu buldular ACE2 proteininin yeni koronavirüs ile afinitesi, önceki SARS virüsünden daha zayıf olmaktan ziyade SARS virüsünün 10 ila 20 katıdır. Bu aynı zamanda yeni koronavirüsün neden bu kadar bulaşıcı olduğunu da açıklıyor. McLellan ekibi araştırmacıları, yeni koronavirüsün S proteininin yapısını analiz etmek için ilk önce yeni koronavirüsün S proteininin ekstra zar kısmını yayınlanan genom dizisine dayanarak sentezledi ve saflaştırdı. Daha sonra, saflaştırılmış S proteininin 3207 fotoğrafını çekmek için bir kriyo-elektron mikroskobu kullanıldı.3D rekonstrüksiyondan sonra, 3.5 A çözünürlüklü S proteini trimer yapısı elde edildi.
Araştırmacılar, yapıyı SARS virüsü ile karşılaştırarak, yeni koronavirüsün S proteininin yapısal olarak SARS virüsünden farklı olduğunu, ancak genel benzerliğin çok yüksek olduğunu buldular. S proteinin trimerinin bakış açısından, yeni koronavirüsün trimerinin hücre yüzeyindeki ACE2 proteinine bağlanma olasılığı daha yüksektir.
Daha da şaşırtıcı olan, araştırmacılar tarafından yüzey plazmon rezonansı (SPR) analizi yoluyla elde edilen sonuçların, yeni koronavirüs S proteini ile ACE2 arasındaki denge ayrışma sabiti KD'nin 15 nM olduğunu, SARS virüsü S proteini ile ACE2 arasındaki denge ayrışmasının olduğunu göstermesidir. Ayrılma sabiti KD 325.8nM'ye ulaştı. KD değeri ne kadar büyükse, S proteininin ACE2 ile afinitesi o kadar fazla ayrışır ve daha zayıftır. Hesaplandı, Yeni koronavirüs S proteini ile ACE2 arasındaki afinite, SARS virüsü S proteini ile ACE2 arasındaki afinitenin 10 katı, hatta 20 katıdır.
Yeni koronavirüsün S proteininin (üstte) ve SARS virüsünün (altta) ACE2 ile afinitesinin karşılaştırılması
McLellan ekibinin araştırmacılarına göre, insan hücrelerini enfekte eden yeni koronavirüsün anahtarı, S proteini ve ACE2 proteininin kombinasyonunda yatıyor. Yeni koronavirüs S proteininin yapısını ve bununla ACE2 arasındaki etkileşimi anlamak. Yeni koronavirüs için Bulaşıcı etkisi büyük önem taşımaktadır.
Eşzamanlı, ACE2 reseptörünün protein yapısının analizi de bilimsel araştırma yolunda bir engel haline geldi. Yeni koronavirüs S proteininin yapısının analizinin sonuçlarına dayanarak, bir gizem de ortaya çıktı: ACE2 hücre zarında hangi durumda var? Yeni koronavirüs ile SARS virüsü ve ACE2 kombinasyonu arasındaki benzerlikler ve farklılıklar nelerdir? Bu nedenle, West Lake Üniversitesi'nin Zhou Qiang laboratuvar ekibi bu sorunu ele aldı ve yeni koronavirüs araştırmalarında büyük bir atılım olan ACE2'yi ilk kez başarıyla analiz etti.
ACE2 yapı analizi sonuçlarının özeti
Her şeyden önce, deneysel numuneyi - tam uzunlukta ACE2 proteini elde etmeleri gerekir .. Bir membran proteini olarak, ACE2'nin in vitro olarak kararlı bir şekilde elde edilmesi zordur.
Zhou Qiang
Zhou Qiang ve doktora sonrası araştırmacı Yan Renhong, literatürde ACE2'nin bağırsakta bir amino asit taşıyıcısı olan B0AT1 ile bir kompleks oluşturabileceğini keşfetti. Geçmiş araştırma deneyimlerine göre, B0AT1 (SLC6A19) nötr bir amino asit taşıyıcısıdır ve bağırsak hücrelerindeki yüzey ekspresyonu ACE2 gerektirir, bu nedenle bu kompleksin ACE2'yi stabilize etmesi çok muhtemeldir.
Yeterince elbette, birlikte ifade yoluyla yüksek kaliteli ve kararlı bir ACE2 ve B0AT1 kompleksi elde ettiler ve üç boyutlu yapısını West Lake Üniversitesi'nin kriyo-elektron mikroskopi platformunu kullanarak, virüs tanımlaması için gerekli olan 2,9 angstrom çözünürlüğünde başarıyla analiz ettiler. Alan çözünürlüğü 2.7 Angstrom'dur.
ACE2-B0AT1 karmaşık yapı diyagramı
ACE2-b0atl heterodimerinin bir dimeri olarak birleştirilmiş kompleks, ACE2'nin peptidaz alanının transferine bağlı olarak açık ve kapalı bir yapı sergiler. ACE2'nin tam uzunluktaki protein yapısını analiz eden Zhou Qiang'ın laboratuvarı, ACE2'nin hem açık hem de kapalı konformasyonel değişikliklerle bir dimer olarak var olduğunu, ancak her iki konformasyonun da koronavirüs ile karşılıklı bir tanıma arayüzü içerdiğini buldu. ACE2-b0atl heterodimerinin bir dimeri olarak birleştirilmiş kompleks, ACE2'nin peptidaz alanının transferine bağlı olarak açık ve kapalı bir konformasyon sergiler.
ACE2-B0AT1 kompleksi ile daha önce çözülmüş kompleksin (SARS-CoV'nin S proteini kompleksi ve ACE2'nin PD alanının) karşılaştırılması, iki kompleks, PD alanı tarafından birbirine tutturulmuştur.
Ekip tarafından yayınlanan literatüre göre, Bu yapı, tam uzunluktaki ACE2 ve B0AT1 arasındaki heterodimer montajının yüksek çözünürlüklü yapısını ortaya koymaktadır. Modelleme analizi, iki S protein trimeri aynı anda bir ACE2 dimerine bağlayan koronavirüslerin olduğunu gösterdi. B0AT1 homodimerizasyona dahil değildir, ancak boyun bölgesi arasında temas halindedir.
Ve ACE2 yaygın olduğu için, B0AT1'in yokluğunda bile, ACE2 bir homodimer formunda var olabilir. Bu analiz, SARS-CoV veya 2019-nCoV virüs enfeksiyonunun moleküler temeline doğrudan ipuçları sağlar.
Aynı zamanda, bu çalışmanın yapısı 2019-nCoV enfeksiyonunun mekanizmasını aydınlatmak için önemli bir çerçeve sağlar ve potansiyel tedavilerin geliştirilmesini teşvik edebilir. Bu araştırma keşfi, yeni koronavirüsün tam uzunluktaki ACE2 ve S protein kompleksinin üç boyutlu yapısının daha fazla analiz edilmesi için temel oluşturdu. Ve bu çalışmanın kendisi, yeni koronavirüsün bulaştığı hücreleri anlamak için birçok ilginç ipucu sağlıyor.
Literatür ayrıca, bu çalışmanın başlangıcından beri ekibin COVID-19'a olan yakın ilgisinden kaynaklandığından, yapısal analizin odağının esas olarak ACE2 üzerinde olduğunu belirtiyor. Fakat aslında, önemli bir besin ithalatçısı olarak B0AT1, diğer atık katı taşıyıcılarından farklı birçok ilginç yapısal özellik sergilemektedir. Ekibin bir sonraki hedefi, B0AT1'in yapısal tespitini daha fazla uyumda gerçekleştirmek ve B0AT1'in yapısal analizini ayrı bir çalışmada gerçekleştirmektir.
Aynı zamanda, ACE2'nin yapısal analizi, ACE2'nin dimerinin ve yeni koronavirüs S proteininin trimerinin, virüsün ve konak hücre zarının füzyonunu teşvik etmek için daha yüksek bir seviyede çapraz bağlanıp bağlanamayacağı gibi daha ileri bilimsel araştırmalar için önemli ipuçları sağlar. Endositoz mu? Önceki çalışmalar göstermiştir ki, ACE2'nin hücre dışı bölgesi bölünürse, koronavirüs enfeksiyonunu daha etkili bir şekilde teşvik edecektir, ancak ACE2 ve B0AT1'in karmaşık yapısı, B0AT1'in varlığının proteazın bu bölünme bölgesine yaklaşmasını engelleyebileceğini göstermektedir. Bu açıklıyor mu? Virüs enfeksiyonunun semptomları neden esas olarak B0AT1 bulunmayan akciğerlerde görülür?
Yapısal araştırmayla ortaya çıkan bu sorunlar dizisi, gelecekteki multidisipliner araştırmaları beklemektedir.
- Referanslar:
- Zhou, Q., Yan, R., Zhang, Y., Li, Y., Xia, L. (2020). B 0AT1 ile kompleks halinde dimerik tam uzunlukta insan ACE2'nin yapısı. Biyokimya. Https: // doi. org / 10.1101 / 2020.02.17.951848
- cnBeta. (nd). Yeni koronavirüs S proteini ile ACE2 hücresi arasındaki afinite, SARS Scientific Exploration. cnBeta.COM'un 10 ila 20 katıdır. 19 Şubat 2020, adresinden erişildi. 944407.htm
- MedSci. (N.d.) Özet: ACE2'nin temel işlevleri ve yeni koronavirüsteki rolü. 19 Şubat 2020'de https://www.medsci.cn/article/show_article.do?id=507018e2810f adresinden erişildi.
- https://www.westlake.edu.cn/info/1017/4353.htm
