麻省理工学院冠状病毒离子通道的发现可能产生新的COVID-19药物-乐胡号

麻省理工学院的研究人员发现了sars - cov - 2e通道的开放结构，补充了他们之前关于其封闭状态的发现。这项研究可能有助于开发抗病毒药物，以阻断该通道，减少COVID-19的炎症。

化学家们发现了通道打开和关闭状态的结构，这可能有助于开发减少炎症的抗病毒药物。

SARS-CoV-2病毒的基因组编码29种蛋白质，其中一种是称为e的离子通道，该通道运输质子和钙离子，诱导受感染的细胞发起炎症反应，损害组织并导致COVID-19的症状。

麻省理工学院的化学家们现在已经发现了这个通道的“开放”状态的结构，它允许离子流过。这种结构与同一实验室在2020年报告的“封闭”状态结构相结合，可以帮助科学家弄清楚是什么触发了通道的打开和关闭。这些结构还可以指导研究人员开发阻断通道并帮助预防炎症的抗病毒药物。

麻省理工学院的化学家们发现，作为离子通道的sars - cov - 2e蛋白在关闭状态下底部开口较宽，在打开状态下开口较窄。图片来源:由研究人员、麻省理工学院新闻和iStock提供

研究进展

“E通道是抗病毒药物的靶标。如果你能阻止这个通道将钙输送到细胞质中，那么你就有办法减少病毒的细胞毒性作用，”麻省理工学院化学教授、该研究的资深作者梅红(音译)说。

麻省理工学院博士后Joao Medeiros-Silva是这项研究的主要作者，该研究最近发表在《科学进展》杂志上。麻省理工学院博士后Aurelio Dregni和Pu Duan以及研究生Noah Somberg也是这篇论文的作者。

研究蛋白质结构

洪教授在研究嵌入细胞膜的蛋白质结构方面有着丰富的经验，因此在2020年新冠肺炎大流行开始时，她将注意力转向了冠状病毒E通道。

当SARS-CoV-2感染细胞时，E通道将自己嵌入包围细胞器的膜中，该细胞器被称为er -高尔基中间隔室(ERGIC)。ERGIC内部有高浓度的质子和钙离子，这些质子和钙离子通过E通道从ERGIC转运到细胞质中。质子和钙的流入导致称为炎症小体的多蛋白复合物的形成，从而引发炎症。

揭示原子级结构

为了研究诸如离子通道之类的膜嵌入蛋白质，洪博士开发了使用核磁共振(NMR)光谱技术来揭示这些蛋白质的原子水平结构的技术。在之前的工作中，她的实验室使用这些技术发现了一种被称为M2质子通道的流感蛋白的结构，它和冠状病毒E蛋白一样，由一束几个螺旋蛋白组成。

在大流行早期，Hong的实验室使用NMR分析了中性ph下冠状病毒E通道的结构。2020年报告的结果结构由五个螺旋紧密捆绑在一起组成，似乎是通道的封闭状态。

“到2020年，我们已经成熟了所有的核磁共振技术来解决膜中这种α -螺旋束的结构，所以我们能够在大约六个月内解决封闭的E结构，”洪说。

一旦他们确定了封闭结构，研究人员就开始确定通道开放状态的结构。为了诱导通道采取开放的构象，研究人员将其暴露在更酸的环境中，以及更高的钙离子水平。他们发现，在这些条件下，通道的顶部开口(延伸到ERGIC的部分)变得更宽，并被水分子覆盖。水的涂层使通道更容易吸引离子进入。

这个孔洞也含有氨基酸，其亲水侧链悬挂在通道上，有助于吸引带正电的离子。

渠道动态和药物开发

研究人员还发现，虽然封闭的通道顶部开口非常窄，底部开口更宽，但开放状态恰恰相反:顶部更宽，底部更窄。底部的开口也含有亲水性氨基酸，帮助离子通过通道中间狭窄的“疏水门”，使离子最终进入细胞质。

在疏水门附近，研究人员还发现了一条紧密的“带”，它由苯丙氨酸的三个拷贝组成，苯丙氨酸是一种带有芳香侧链的氨基酸。根据这些苯丙氨酸的排列方式，侧链可以延伸到通道中以阻塞通道，也可以打开以允许离子通过。

“我们认为这三个有规则间隔的苯丙氨酸残基的侧链构象在调节闭合和打开状态中起着重要作用，”Hong说。

抗病毒治疗的潜力

先前的研究表明，当SARS-CoV-2病毒发生突变，不再产生E通道时，病毒产生的炎症和对宿主细胞的损害就会少得多。

洪博士与加州大学旧金山分校的合作者合作，目前正在开发能够与E通道结合并阻止离子通过它的分子，希望生产出能够减少SARS-CoV-2产生的炎症的抗病毒药物。

她的实验室还计划研究SARS-CoV-2后续变体的突变如何影响E通道的结构和功能。在染色体组粒变异中，在毛孔开口中发现的一种亲水性或极性氨基酸突变为一种称为异亮氨酸的疏水性氨基酸。

“欧米克隆中的E变体是我们下一步要研究的东西，”洪说。“我们可以制造一个突变体，看看极性网络的破坏如何改变这种蛋白质的结构和动力学方面。”

参考文献:jo o Medeiros-Silva、Aurelio J. Dregni、Noah H. Somberg、Pu Duan和Mei Hong撰写的“开放式sars - cov - 2e病毒孔蛋白的原子结构”，2023年10月13日，《科学进展》。DOI: 10.1126 / sciadv.adi9007

这项研究由美国国立卫生研究院和麻省理工学院斯隆基金资助。分享推特reddit电子邮件分享