清华团队准确定位新冠病毒和人受体作用位点(图)

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最新回复:2020年2月21日 15点15分 PT
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澎湃新闻

新冠病毒如何进入人体?近日,国内外多家实验室试图从近原子层面破解谜团。当地时间2月19日,清华大学生命学院王新泉课题组和医学院张林琦课题组在生命科学预印本网站BioRxiv(为经同行评议)发表论文,利用X射线衍射技术,解析了新冠病毒表面刺突蛋白受体结合区(RBD)与人受体血管紧张素转化酶2(ACE2)复合物的晶体结构。

该团队获得的复合物结构分辨率为2.45埃,是截至目前多家实验室中获得的最高分辨率。研究团队准确定位出新冠病毒RBD和受体ACE2的相互作用位点。

病毒要进入人体细胞,必须找到人体细胞上相应的受体蛋白。因此受体就好比是一把“锁”,得有相应的“钥匙”才能打开,而后病毒才能进入细胞内部。新冠病毒针对ACE2受体的“钥匙”就是刺突蛋白,即S蛋白。

这项最新的研究发现,新冠病毒在关键的受体结合氨基酸位点与SARS病毒大同小异。基于深入的对比分析,研究团队还发现了一些可能造成新冠病毒与SARS病毒传播差异的氨基酸位点,以及导致针对SARS病毒的抗体不能够有效抑制新冠病毒感染的氨基酸位点。

王新泉与张林琦实验室在新发与再发病毒感染的分子机制、中和抗体筛选和鉴定、疫苗开发等领域开展合作近10年。此前曾进行中东呼吸道综合征冠状病毒(MERS-CoV)抗体MERS-4抗病毒机制的研究,他们合作取得了一系列国际前沿性的研究成果。

具体来说,研究团队利用昆虫细胞体系表达和纯化了新冠病毒 RBD和人ACE2胞外结构域,成功生长出新冠病毒 RBD-ACE2复合物的晶体(晶体生长条件:100 mM MES, pH 6.5, 10% PEG5000mme, 12% 1-propanol)。此后,他们采用X射线晶体学,利用中国科学院上海光源(SSRF)BL17U线站收集了分辨率为2.45埃的衍射数据,并解析了这一复合物的三维空间结构。



与ACE2结合的2019-nCoV RBD的总体结构:ACE2为绿色,2019-nCoV RBD核心为青色,RBM为红色,2019-nCoV RBD中的二硫键显示为棒状并用黄色箭头指示,负责结合的ACE2的N末端螺旋被标记

值得一提的是,此前美国德克萨斯大学奥斯汀分校Jason S. McLellan研究组在《科学》(Science)杂志正式发表论文,他们利用冷冻电镜技术率先解析了2019-nCoV表面S蛋白的近原子结构。

但是,已有的模型中RBD的分辨率不完全,特别是对于与ACE2直接产生相互作用的受体结合模体(RBM)。研究团队认为,对2019-CoV RBD和ACE2之间相互作用的计算机建模已经确定了一些可能参与实际相互作用的氨基酸残基,但作用的过程与细节仍然难以捉摸。

研究团队此次结构解析得出,2019-nCoV RBD / ACE2和SARS-CoV RBD / ACE2界面在掩埋表面积,相互作用残基数和亲水相互作用网络方面都具有实质上的相似性,但在表面静电势上存在一些差异。

尽管这两种病毒处于乙型冠状病毒属的不同遗传谱系中,但研究者认为,这种结构和序列上的相似性有力地证明,2019-nCoV和SARS-CoV的RBD存在着趋同进化,从而提高它们与相同的ACE2受体的结合亲和力。

团队还认为,既然结构具有相似性,那么ACE2与2019-nCoV和SARS-CoV的RBD之间的结合亲和力也在先前报道的相同范围内(约为10-60 nM)。

而针对近日McLellan研究组得出的“新冠病毒S蛋白与ACE2的亲和力,是SARS病毒S蛋白与ACE2之间亲和力10至20倍”的结论,作者们认为,这可能是由于分析中使用的蛋白质不同,或其他一些未知原因。

事实上,作者们认为,仅考虑结合的亲和力强弱不太能解释2019-nCoV异常强的传染性。其他因素,例如2019-nCoV刺突蛋白S1/S2边界处特有的“ RRAR”弗林蛋白酶切位点,可能在促使其人与人之间快速传播上起着更重要的作用。

值得一提的是,中和抗体被视为免疫系统对抗病毒感染的策略之一。据此前的研究,2019-nCoV可以被马的抗SARS-CoV血清和来自恢复期SARS患者的血清交叉中和,这也进一步强调了2019-nCoV与SARS-CoV RBDs的结构相似性。

然而,论文提到,迄今为止,针对SARS-CoV的抗体(m396, S230, 80R和CR3014)还没有显示出对2019-nCoV S蛋白或RBD有理想的交叉结合和中和活性。

唯一的例外是SARS-CoV特异性人类单克隆抗体CR3022,该抗体可以与2019-nCoV RBD有效结合。不过,目前尚不确定CR3022在SARS-CoV或2019-nCoV RBDs上的确切抗原表位。

在不能与2019-nCoV RBD结合的3种抗体中,研究团队通过对SARS-CoV RBD-Fab复合物的高分辨晶体结构解析了其中2种(m396和80R)的表位。通过将这些表位残基映射到SARS-CoV RBD序列和2019-nCoV RBD序列,研究团队发现,和SARS-CoV相比,2019-nCoV RBD上抗体m396的21个抗原表位有7个残基改变,抗体80R的24个抗原表位则有15个残基改变。



SARS-CoV中和抗体抗原表位映射:黑点表示m396的表位残基;红点表示80R的表位残基。

论文提到,这可能为m396和80R对2019-nCoV没有显示交叉反应提供了结构基础。然而,2019-nCoV RBD和SARS-nCoV RBD之间确实存在氨基酸保守性,甚至在更多变的RBM中也存在(上图)。

研究团队认为,这项研究为治疗性抗体药物开发以及疫苗的设计奠定了坚实的基础。张林琦表示,现在疫苗研发的关键靶点就是针对新冠病毒的“钥匙”展开的,病毒如何进入细胞这一步非常关键。这些研究将有利于科学家筛选能够阻止病毒与人体结合的抗体或小分子药物。两个团队下一步的工作重点是基于结构设计筛选能够阻止RBD与ACE2结合的抗体或者小分子药物。

但他们同样强调,这是一个相对漫长的过程,因为迄今为止能够有效抑制新冠病毒的特异性抗体和药物都还在筛选和验证过程中,这需要更多科学家不断的努力。

值得一提的是,此前的2月17日,西湖大学周强教授团队在全球范围内率先报道了ACE2全长蛋白的高分辨电镜结构(2.9埃),2月19日,该团队进一步解析出ACE2全长蛋白与新冠病毒S蛋白RBD的复合物电镜结构(3.5埃)。此外,中科院微生物研究所齐建勋团队也解析了新冠病毒RBD与ACE2复合物的晶体结构(2.5埃)。

上述提及的国内三个独立团队都选择在第一时间将其复合物的原子坐标向全社会公布,以提高它们的利用率。

m
mz6699
1 楼
可能抗体更有希望,抑制PPI的小分子太难了。
w
wjhwsh
2 楼
都跳出来,咋不研究出一个阻止病毒结合的药物,光说不干。
刚满十八
3 楼
自欺欺人。 等于告知天下,人类的哪个基因链容易受病毒攻击。 结果更利于人造病毒而不是发明疫苗。 今后这种人造瘟疫几年一次。弄生物的人,对人类不满时,随时可以下手。就像美国的枪击案一样。武器在手,何时大开杀戒只是个兴趣问题。
s
size0
4 楼
死活不敢提哪个人种ACE2表现高。人种基因图谱破解得差不多了吧,我就不信这ACE2表达大家都一样!中国等亚裔人种NFE2L2基因的“胚系突变”明显更高,是美国白人人种的3倍,所以中国人患食道癌,特别是食管鳞癌发病率高于白人。而白人比中国人更容易患胰腺癌,就是乔大教主那病!人种就是有差异,为了政治正确就是不敢说!这不是科学精神!
猪年行运
5 楼
砖家加紧努力,把特效药弄出来,迟一点就赚不到钱了。
w
wjhwsh
6 楼
人种没有差异鬼才相信,在其它疾病研究中早就确认人种基因诸多蛋白质表达差异,为何没有人敢公布ACE2表达的人种差异,这个领域是敏感禁区,信息会被用于生物武器。中国即便以掌握外国制造这次病毒也不敢公开。
看得穿
7 楼
科盲二傻使劲拍脑门,想象美国咋残害咱中国人的。ACE2是啥禁区啊,paper多了,学术界没人往阴谋论上带。二傻子们想啊想啊,脑容量都是0的干活。
看得穿
8 楼
我才闹清原来所有义和拳民的造谣根据是Investment Watch这个破网上,一个叫Chris的傻叉的胡思乱想,Possible Explanation for China Being Hit Harder。这就等同于国内媒体上的“或”字,反正谣言先放出去,或者是或者不是,不用负任何责任。Investment Watch就是个谣言网,二傻子还当圣地
令胡冲
9 楼
已有不少研究论文提出了人种之间的统计差异。 中国人口密度高,人种纯度略高。美国人种融合程度较高,基因较杂。而且中国研究人员已经把国人基因库泄漏殆尽,把自己的核心生化产权贱卖成廉价研究论文了,但国外对基因数据的所有权和研究权监管是极为严格的。 所以在基因生化战中,中国在明处,美国和以色列在暗处,更有亡国灭种的风险。不易直接较量。 ——————— size0 发表评论于 2020-02-21 08:42:20 死活不敢提哪个人种ACE2表现高。人种基因图谱破解得差不多了吧,我就不信这ACE2表达大家都一样!中国等亚裔人种NFE2L2基因的“胚系突变”明显更高,是美国白人人种的3倍,所以中国人患食道癌,特别是食管鳞癌发病率高于白人。而白人比中国人更容易患胰腺癌,就是乔大教主那病!人种就是有差异,为了政治正确就是不敢说!这不是科学精神!
看得穿
10 楼
大傻子的想象笑死人,扯蛋扯出花来。
喜得利
11 楼
作用点位不在武毒所?
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longmarch
12 楼
这团队明显是出来蹭热点的。
路过地球
13 楼
这些位于ACE2转录突变体上的基因信息在美国政府生物信息中心数据库都可以查到 (ncbi.nlm.nih.gov/snp/) 这些基因突变影响ACE2的表达,之前已有很多研究。在此之前,主要发现与二型糖尿病有关。 所以,你知道不是因为糖尿病人容易感染新冠,而是具有这些ACE2突变点的人群同时容易患2型糖尿病。 举几个例子: rs714205,突变: C变 G 基因序列: ACE2 转录突变体 969份东亚人样本 56%, 对比 13343份欧洲人样本,17% rs233575, 突变: G变A 基因序列: ACE2 转录突变体 992份东亚人种样本,突变率100% rs879922, 突变 C变G 994份东亚人样本,突变率 97% rs2048683,T变G 993份东亚人样本,突变率100% rs233575(A) rs714205(G) rs1978124(C) rs879922(G) rs2048683(G) rs1877752(G)
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sap200
14 楼
993份东亚人样本,突变率100% ,992份东亚人种样本,突变率100%.... So 东亚人容易患新冠 ??
路过地球
15 楼
根据现有数据,日本人、中国人和越南人含有相关ACE2转录基因突变体的比例都超过90%(没有韩国人数据,估计差不多)。其中中国北方汉人比中国南方汉人要稍低(90%vs92%),我们看最后结果是不是南方人和北方人具有这种差异。
令胡冲
16 楼
确实。差异明显. 这也很正常,现在Precise Medicine和强算力的AI映射,导致针对个人基因的统计定向药物治疗都日日突飞猛进,对种族基因差别那自然更不在话下。 精准医疗,与基准消灭,不过是一种技术的两种用法而已。哪个种族不小心,基因就会被人抹去,技术上讲是可行的。 —————— ,突变: C变 G 基因序列: ACE2 转录突变体 969份东亚人样本 56%, 对比 13343份欧洲人样本,17% rs233575, 突变: G变A 基因序列: ACE2 转录突变体 992份东亚人种样本,突变率100% rs879922, 突变 C变G 994份东亚人样本,突变率 97%
闲云看雾
17 楼
科学家还是实在,找到病毒侵入细胞钥匙。
路边的蒲公英
18 楼
size0 发表评论于 2020-02-21 08:42:20 死活不敢提哪个人种ACE2表现高。人种基因图谱破解得差不多了吧,我就不信这ACE2表达大家都一样!中国等亚裔人种NFE2L2基因的“胚系突变”明显更高,是美国白人人种的3倍,所以中国人患食道癌,特别是食管鳞癌发病率高于白人。而白人比中国人更容易患胰腺癌,就是乔大教主那病!人种就是有差异,为了政治正确就是不敢说!这不是科学精神! ======================== 白人皮肤癌很多,汉人好像没有听说过,夏天在田里干活,再怎么晒,黑呼呼的,也没有皮肤癌。
路过地球
19 楼
以前的一份研究中得出的结论:ACE2 SNP rs879922 may be a common genetic loci and optimal genetic susceptibility marker for T2D and T2D related cardiovascular risks in Uygurs。 即含有rs879922突变基因是易患2型糖尿病的典型标记(此项研究不是在中国汉族做的)。而美国国家生物数据库中994份东亚人样本,含有此突变的有 97%。 记不记得前段时间有研究表明糖尿病人容易感染新罐病毒?并且症状较重?跟糖尿病可能没有关系,而是相关基因导致同时出现的现象。
老李子
20 楼
都忙着发论文
s
sap200
21 楼
从科学角度解释了欧洲没有流行,而东亚各国开始爆发的原因! 白人变异少,不易感。
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zzbb-bzbz
22 楼
以前用毒品鸦片,现在用各种病毒,想把中国人变成东亚病夫
紫微星下凡
23 楼
现代科学被西方人带入误区,科学研究和技术创新的目的是为了让人类社会发展的更符合人类的需求,不能打着科学的名义做一些无用甚至反人类的行为。不如把这些钱用于增强人类体质,减少患病几率。
S
Science_东岸01
24 楼
人种之间的遗传差异极小,任何基因武器都可能最终反噬自己的种族 所以现在所谓的生物武器基本都是在瞎猜 病原微生物对宿主有一定偏好性是已经被证实的,但那更多是大自然的杰作 人类目前根本就做不到绝对控制有序的针对和自己遗传差异只有极其微小差异的人种
T
Tan7th
25 楼
病毒对所有人种都会攻击。目前拿不出确切数据那样病毒对那种人有效,那种人无效。冦状病毒同非典很相似,多伦多当年不是也好多白人感染了吗?
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Huilianghu5
26 楼
估计最后还是病毒累了,自动退出了。再过半年一年,疫苗研究出来,病毒又变异,或者新病毒又出现了,疫苗就无用武之地了。不过从Sars到武汉肺炎,再有新病毒,中国政府会聪明点了。习近平没经历Sars,所以这一次很笨。下一次,如果还在位,一定很聪明。
路过地球
27 楼
Tan7th 发表评论于 2020-02-21 12:24:35病毒对所有人种都会攻击。目前拿不出确切数据那样病毒对那种人有效,那种人无效。冦状病毒同非典很相似,多伦多当年不是也好多白人感染了吗? =========== 这个说法是抬杠了。没有人说绝对无效或绝对有效,这是一杯酒量和一斤酒量的差别,没有说绝对喝不醉的。 比如与花生过敏有关的一个基因点rs9275596,在东亚只有13%左右人含有,而在欧洲是31%。这不是说中国人绝对不会花生过敏,只是概率低的多。 当年人们使用化学武器和细菌武器时能保证绝对不感染自己人吗?其实风向一变可能伤及自己。没有绝对,只有国家当时的决策者对风险-收益的偏好。
e
eachnet88
28 楼
写再多文章也没用。不让人家到武汉来看个究竟,还是没人信。世界早晚要失去耐心。
心戚然2
29 楼
对一种病毒研究的这么具体其实无助于人类对新病毒的免疫力。应该多研究为啥感染了同一病毒后,不同的人会有不同的结果。为啥病毒在这人体内根本不发作或轻微发作,到那人体内就爆发引致死亡。人只有多了解自己的身体状态才能更好的应付自然界的新危险。病毒变异的这么快,人类跟在它后面研究跟得过来么?