作者:张佳欣 来源:科技日报 发布时间:2021/6/8 12:57:54
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重磅!新研究发现新冠病毒破坏肺部的原因

 

美国能源部布鲁克海文国家实验室的科学家在8日《自然·通讯》杂志上发表了首个详细的新冠病毒包膜蛋白(Envelope protein,E蛋白)的原子级模型,该蛋白与维持肺部粘膜所必需的一种名为PALS1的人类肺细胞连接蛋白结合。该模型展示了这两种蛋白质是如何相互作用的,有助于解释病毒如何在特别脆弱的新冠肺炎患者中造成广泛的肺损伤,并逃逸肺部感染其他器官。这一发现可能会加快对阻断该疾病严重影响的药物的研究。

新冠病毒包膜蛋白与其刺突蛋白一起存在于病毒的外膜上,帮助病毒在感染细胞内组装新颗粒。早期研究表明,包膜蛋白在劫持人类蛋白质以促进病毒释放和传播方面发挥了关键作用。

科学家们推测,包膜蛋白通过一定方式破坏了肺细胞的连接。

当肺细胞连接被新冠病毒破坏时,免疫细胞会试图修复损伤,释放被称为细胞因子的小蛋白。这种免疫反应可能会引发大规模炎症,导致所谓的“细胞因子风暴”和随后的急性呼吸窘迫综合征,从而加重病情。此外,由于损伤削弱了细胞间的联系,病毒可能更容易从肺部逃逸,并通过血液传播,感染其他器官,包括肝脏、肾脏和血管。

此次,研究人员通过将包膜蛋白和PALS1混合在一起,快速冷冻样品,然后用低温电子显微镜(cryo-EM)研究膜蛋白和动态蛋白质复合物,发现了蛋白质之间动态相互作用的细节。利用观察到的结构特征,研究人员创建了分子模型。

该模型有关于组成这两种蛋白质的单个氨基酸的信息,提供了结构细节和对分子间力的理解,这些力允许包膜蛋白在受感染细胞深处将PALS1从肺细胞外边界的位置“扳开”。换句话说,病毒的包膜蛋白通过与人体的PALS1蛋白结合,将PALS1蛋白从它们通常的保持肺细胞连接紧密的工作中“拉”了出来。据此就可解释新冠病毒导致肺部损伤的原因。

布鲁克海文实验室的结构生物学家、该研究的主要作者刘群(音译)表示说:“当病毒蛋白将PALS1从细胞连接中‘拉’出来时,它可以帮助病毒更容易传播,这将为病毒提供选择性优势。任何增加病毒存活、传播或释放的特征都可能被保留。”病毒继续传播的时间越长,出现新的进化优势的机会就越大。此外,任何现有的损伤,如肺细胞疤痕,都可能使新冠肺炎患者更难从损伤中恢复。

研究人员表示,找到原因可以帮助寻找专门阻止新冠病毒发生这种作用的药物,从而减少病毒对人体的杀伤力。

此外,了解这种蛋白质相互作用的动态也将有助于科学家追踪新冠病毒等病毒是如何进化的。

 
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