惊人的低温成像大只500登录SARS-CoV-2

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导致COVID-19的严重急性呼吸综合征冠状病毒2 (SARS-CoV-2)是一种双螺旋病毒,具有单链RNA基因组和几种结构蛋白。其中,与宿主细胞受体ACE2结合的spike或S蛋白作为中和抗体定向的抗原非常重要。2020年6月,英国和德国的研究人员在预印本服务器bioRxiv*上发表了一项新研究,报告了使用低温电子显微镜(cryoEM)和断层扫描技术对完整病毒上S蛋白的详细研究结果。这有助于了解病毒粒子上S蛋白的构象,以及它如何与中和抗体相互作用。
 
病毒的低温结构
 
在深冷显微镜上,病毒是一个直径约100纳米的球形粒子,有浓密的病毒浆,两侧有脂质双层,双层上有由称为S蛋白的糖蛋白组成的尖刺。它们识别并结合细胞表面的ACE2受体,负责内吞作用和随后的病毒进入宿主细胞。这个过程包括一个戏剧性的结构重排,具有相当不同的融合前和融合后的构象状态。
 
病毒在人体宿主细胞中的感染导致宿主细胞内部膜组织的深刻重塑。这导致了允许病毒复制的细胞器的产生。病毒结构蛋白被整合到内质网(ER)中,从那里被运输到ER高尔基体中间室(ERGIC)。然后,基因组被N蛋白衣壳包裹,导致病毒颗粒的形成,病毒颗粒被运输到细胞表面并释放。
 
S蛋白的预融合结构通常是利用其他细胞上表达的分泌的S蛋白进行研究,然后将其纯化,再经过低温处理和重建单个颗粒。这导致了以下理解:预融合S蛋白在融合核心上方的一个由三个spike蛋白单元组成的宽spike上有一个受体结合区域(RBD)。RBD的三个拷贝,分别位于每个spike蛋白上,位于三个n -末端结构域(NTDs)中。
 
当预融合构象处于封闭状态时,RBD的三个拷贝都平伏在刺突表面,大只500手机登录阻断受体结合位点。在开放状态下,三个RBDs中的一个或多个暴露,使受体与ACE2结合。
 
spike三聚体是糖基化的,每个原聚体上有22个n -糖基化位点。当融合前状态变为融合后状态时,融合肽和跨膜结构域聚集在长针状结构的一端,沿着针状结构有5个n -链聚糖。
 
研究:细胞表面的原位峰值
 
目前的研究着眼于从感染细胞中提取的SARS-CoV-2病毒颗粒,没有进行浓缩或纯化步骤。研究人员发现,这些颗粒在形状和大小上与之前的描述相似。突出的三聚物有两种形式。一种是类似针状融合后结构的薄结构,而大多数较宽,类似于融合前结构。约97%为预融合,3%为后融合。

这与培养中感染细胞产生的病毒粒子的层图一致,也显示了相同类型的刺突蛋白,大约每个病毒粒子25个。研究人员还检查了又薄又宽的S三聚体形状,发现它们分别显示出与融合后和融合前状态惊人的对应关系。
 
RBD和S三聚体分类
 
对每个原聚体中的RBDs进行了分类。有三种类型,闭RBD、开RBD,大部分是闭的,但密度有所减弱,这可能说明构象的变化更大。他们发现闭合三聚体和只有一个RBD打开的三聚体的频率相同,约为40% - 45%。大约13%的银行有两个RBDs开放。这些发现表明,RBD开放也可以在病毒表面和重组S三聚体中看到。
 
其次,他们根据方向对三聚体进行分类,并发现将刺突连接到膜上的柄区起着铰链的作用,允许刺突向各个方向倾斜。他们还发现,S蛋白的分布约为每100 nm2中有1个S蛋白,这表明,与流感病毒相比,亲和力在受体结合中不那么重要。
 
研究的意义
 
值得注意的是,研究人员发现,随着浓度的增加,大只500登录cryoEM图像显示的S三聚体仅在封闭构象中,包括融合前和融合后,不像其他研究表明可溶性S蛋白三聚体中的开放RBD在许多不同的位置被发现。
 
这导致研究人员提出,“我们在原位观察到的刺突蛋白的开放的预融合构象,但在浓缩后没有,是脆弱的,可能受到纯化程序的影响,这对接种策略有影响。”
 
在病毒粒子表面,S三聚体的原位结构得到,显示出22个预测的n -聚糖位点中的17个在单体上,其他5个在茎部或NTD上。
 
他们评论说,“总的来说,我们的结构非常类似于之前发表的可溶三聚体外结构域封闭预融合形式稳定双脯氨酸突变。这为重组纯化S蛋白三聚体用于研究、诊断和疫苗接种提供了重要的验证。”
 
这项研究表明,cryoEM可用于研究抗体-刺突在病毒表面的结合,这是发现如何中和抗体,特别是那些S2亚基和柄区抗体,抑制病毒感染和形成预防疫苗的重要一步。
 
*重要通知
 
bioRxiv发表未经同行审查的初步科学报告,因此不应被视为结论性的、指导临床实践/健康相关行为的报告,或被视为已确定的信息。