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世界首次!西湖大学、中科院完成新冠病毒受体结构解析:疫苗不远

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  自从1965年第一种冠状病毒(CoV)-HCoV-229E被发现以来,冠状病毒已经导致了人类致命性肺炎的大爆发。截止2020年2月,科学家已经发现了七种冠状病毒(表1)。这七种冠状病毒都是单链正义RNA病毒,属于冠状病毒科Nidovirales亚目,分为四个属(α、β、γ和δ),2019-nCoV新型冠状病毒属于β属。

  冠状病毒至少含有四种结构蛋白:刺突蛋白S蛋白(spike)、E蛋白(Envelope)、M蛋白(membrane)和N蛋白(nucleocapsid)。冠状病毒感染人体需要与人体组织表达的受体相结合才能实现,S蛋白在病毒感染时促进宿主附着及病毒与细胞膜的融合,S蛋白决定宿主范围。在宿主细胞感染病毒之后,宿主的蛋白酶对S蛋白进行蛋白水解,受体结合和蛋白水解协同作用,诱导大规模的S构象变化,促进CoVs感染进入。其中一个裂解位点位于S1和S2亚单位之间(S1/S2裂解位点),而另一个则位于融合肽的上游(S2裂解位点)。S1第一次酶切以及与宿主受体的结合促进了病毒S蛋白的S2位点的进一步酶切。S2位点的蛋白水解对于所有CoVs的S蛋白被宿主的蛋白酶酶解后产生两个功能亚单位,即S1和S2。S1亚单位包括受体结合区,S2锚定在病毒膜上促进病毒细胞融合。

  冠状病毒入侵宿主的第一步为冠状病毒的S蛋白与宿主细胞表面的受体蛋白相互作用。血管紧张素转化酶2蛋白(ACE2)是肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAS)的关键分子,也是包括肺泡上皮细胞在内的多种人体细胞表面表达的重要分子之一。SARS-CoV,HCoV-NL63和2019-nCoV 三种冠状病毒的受体已证实为人ACE2蛋白。

  · 此次疫情爆发伊始,复旦大学和中科院武汉病毒所研究团队发现:2019-nCoV病毒S蛋白可以在体外高亲和力结合ACE2受体蛋白。

  · 同济大学研究团队研究发现:在人体I型肺泡、II型肺泡、支气管上皮和血管内皮等多种细胞均有表达ACE2受体的表达,主要集中在肺内一小群II型肺泡上皮细胞(AT2)上,这群对病毒易感的AT2细胞占所有AT2细胞数量的1%左右。这些AT2细胞不仅表达病毒受体,还高表达其它二十多个与病毒复制和传播密切相关的基因,说明其正是2019-nCoV病毒感染的靶细胞。

  · 西湖大学研究团队在预印版平台bioRxiv在线发表了利用冷冻电镜技术成功解析了此次新冠病毒的受体——ACE2的全长结构。这是世界上首次解析出ACE2的全长结构。

  · 中国科学院微生物研究所研究团队解析了高分辨率的RBD-ACE2晶体结构(图2),并发布在国家微生物科学数据网站上,该结构在原子水平揭示了新冠病毒入侵人体细胞的第一步。

  目前,还没有一款用于治疗冠状病毒感染的特效药上市。SARS-CoV,HCoV-NL63和2019-nCoV三种冠状病毒的S蛋白(S1亚基RBD功能域)与ACE2受体蛋白的互相作用界面的氨基酸位点有重合区域,只要抑制ACE2受体上的相关氨基酸位点就可能阻止现有3种冠状病毒对宿主细胞的入侵。因此,研发一种可以广谱抑制3种病毒S蛋白(S1亚基RBD功能域)结合ACE2受体的药物抑制剂具有重大的科研和现实意义。

  在国内,纽伦智能科技有限公司以中国科学院微生物研究所研究团队解析的高分辨率RBD-ACE2晶体结构为基础,利用自主研发的Ab atom蛋白药物辅助设计云计算平台对RBD功能域蛋白的结构进行了改造,改造后的RBD功能域蛋白预计可以更高的亲和力结合ACE2受体蛋白(表3)。高亲和力RBD功能域蛋白可以竞争性抑制2019-nCoV病毒RBD功能域蛋白与ACE2受体蛋白的结合,从而阻止2019-nCoV病毒对人体细胞的感染。(研究及合作可以后台可以私信我哦~)

  纽伦智能Ab atom蛋白药物辅助设计云计算平台是结合生物信息学和结构生物学的抗体数字解决方案。利用该平台从蛋白的结构信息出发,通过Ab atom平台的四大创新算法模块(蛋白模型搭建、蛋白分子动力学优化、蛋白-配体对接、亲和力评分),可以获得的蛋白-配体的结合位点信息、以及亲和力和稳定性得到优化的候选蛋白。目前,Ab atom平台已经优化3个抗体蛋白药物,并通过真实验得到确认。Ab atom蛋白药物辅助设计云计算平台可以辅助快速抗体/蛋白药物的研发。

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