清華學者在非洲豬瘟病毒研究項目上取得突破性進展
圖1: 非洲豬瘟病毒結構。a. 依據(jù)非洲豬瘟病毒衣殼蛋白p72結構模擬病毒組裝產(chǎn)生的非洲豬瘟病毒衣殼結構。b. 非洲豬瘟病毒衣殼蛋白p72三聚體冷凍電鏡結構。
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非洲豬瘟病毒起源于非洲，家豬感染致死率近100%，對家豬飼養(yǎng)產(chǎn)業(yè)乃至民生經(jīng)濟都有重大的威脅。非洲豬瘟病毒在過去的幾十年時間從非洲迅速傳播到了歐洲，南美洲以及亞洲的一些地區(qū)。2018年8月我國東北地區(qū)發(fā)現(xiàn)非洲豬瘟病病毒感染，很快病毒傳播到全國大部分地區(qū)，造成超過千億人民幣的經(jīng)濟損失。目前緊迫需要研發(fā)有效的疫苗和防疫手段控制及預防非洲豬瘟病毒。應國家之急需，由清華大學結構生物學高精尖創(chuàng)新中心及北京生物結構前沿研究中心牽頭，聯(lián)合北京大學，中國農(nóng)業(yè)科學院哈爾濱獸醫(yī)研究所，上海巴斯德所等單位十幾個研究組于2019年4月開始非洲豬瘟病毒攻關研究。
2019年9月17日，清華大學醫(yī)學院長聘副教授，清華大學結構生物學高精尖創(chuàng)新中心研究員，北京生物結構前沿研究中心研究員向燁團隊在《Cell Research》在線發(fā)表題為《Structure of the African swine fever virus major capsid protein p72（非洲豬瘟病毒衣殼蛋白p72的結構）》的學術論文。該研究采用冷凍電鏡單顆粒三維重構的方法首次解析了非洲豬瘟病毒衣殼蛋白p72的高分辨率結構，揭示了非洲豬瘟病毒衣殼可能的組裝機制，為非洲豬瘟病毒亞單位疫苗的開發(fā)邁出了堅實的一步。
非洲豬瘟病毒是一種雙鏈DNA病毒，擁有復雜的結構，它的基因組由兩層衣殼和兩層外膜保護，衣殼主要由病毒編碼蛋白p72構成，據(jù)以往試驗數(shù)據(jù)估計p72占病毒顆?？傊?3%左右，同時p72是被病毒感染豬血液中能檢測到的主要抗原，針對p72的抗體對家豬具有保護作用。在研究p72蛋白初期，向燁研究組發(fā)現(xiàn)單獨重組表達p72蛋白不能得到有正確折疊構象的p72蛋白，只有在p72和非洲豬瘟編碼的另一個輔助蛋白B602L共同表達的情況下才可以得到正確折疊構象的p72蛋白。以此為前提，研究組使用冷凍電鏡單顆粒三維重構的方法確定了p72蛋白2.67 ? 的高分辨率三維結構（圖1）。結果顯示三個p72分子形成了穩(wěn)定的三聚體形式。每個p72包含兩個串聯(lián)的卷筒蛋糕樣結構域，每個結構域由8個β折疊片組成，這種結構域在大正二十面體病毒衣殼蛋白結構中很常見。三聚體p72的六個卷筒蛋糕樣結構一起形成了一個偽六聚體的底部錨定在病毒的內(nèi)膜上。三聚體p72折疊片之間的插入片段一起形成了一個類似于螺旋槳一樣的頂部結構伸向病毒外部，極有可能是細胞表面受體結合區(qū)域。
此前基于非洲豬瘟病毒p72蛋白的亞單位疫苗研究已有很多嘗試，但沒有獲得良好結果。分析前期相關研究失敗原因很可能是沒有使用正確折疊的p72蛋白。正確折疊p72蛋白的獲取以及其高分辨率結構的確定有助于我們開發(fā)靶向病毒衣殼組裝的藥物以及亞單位疫苗。目前p72亞單位疫苗的研發(fā)及評估正由清華大學與中國農(nóng)業(yè)科學院哈爾濱獸醫(yī)研究所聯(lián)合緊密進行中。
清華大學醫(yī)學院、清華大學結構生物學高精尖創(chuàng)新中心PI向燁副教授為本文通訊作者。清華大學生命聯(lián)合中心2014級博士生劉琦為本文第一作者，向燁實驗室的2015級博士生馬丙婷，清華大學藥學院、清華大學結構生物學高精尖創(chuàng)新中心PI譚旭副教授及其實驗室成員錢年超和張帆，清華大學生命學院校級冷凍電鏡平臺主任雷建林教授參與了該工作。該研究得到了國家蛋白質科學研究（北京）清華大學基地冷凍電鏡平臺的大力支持，且得到了國家自然科學基金，科技部重大研發(fā)計劃，北京結構生物學高精尖創(chuàng)新中心以及北京生物結構前沿研究中心的大力支持。
注：本文轉載自結構生物學高精尖創(chuàng)新中心。
