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非瘟研究进展:突破非瘟病毒保守位点

时间:2020-01-22

非洲猪瘟病毒基因的“针和线”非常成功。非洲猪瘟的100%死亡率让农场大吃一惊。为什么入侵猪体内的病毒会直接侵入?有什么方法可以阻止它的入侵吗?

近日,复旦大学生命科学学院甘建华和李继喜的研究团队与中国基因工程国家重点实验室合作,研究分析了非洲猪瘟病毒基因修复途径中一种关键酶的结构。相关的研究结果在网上公布于《自然通讯》。

这种关键酶是连接酶,被称为基因“针和线”,用来连接不同的脱氧核糖核酸片段。这次,通过分析非洲猪瘟病毒脱氧核糖核酸连接酶的分子机制,研究小组找到了非洲猪瘟病毒的保守位点,为非洲猪瘟病毒脱氧核糖核酸修复途径蛋白的药物设计提供了结构基础。

为了通过切断尾巴生存,病毒避开了宿主免疫系统

“人们会发现感染猪瘟的猪会出现脾肿大。脾脏是一个重要的免疫器官,这表明它的免疫系统正在“奋力拼搏”。然而,李继喜表示,非洲猪瘟病毒非常聪明,进入人体后会不断变化,使得免疫系统“无法捕捉”。

它的变化与壁虎的“断尾生存”非常相似对于被宿主免疫系统攻击的脱氧核糖核酸片段来说,它将被切除,然后再次“长大”。"李继西说. "“生长”是指脱氧核糖核酸的延伸和重组,需要两个脱氧核糖核酸聚合酶(X和P)和一个脱氧核糖核酸连接酶。

”涉及这三种酶的整个过程形成了一套完整的脱氧核糖核酸修复途径。”李继西说,该小组已经解决了其中一个聚合酶。这篇文章发表于2017年,揭示聚合酶X有一个独特的磷酸盐识别位点。对另一种聚合酶的研究已经完成,结果正在整理,论文正在撰写中。到目前为止,团队已经“完全打开”了整个路径的关键节点。

这种病毒更狡猾的地方在于,它新生长的脱氧核糖核酸片段不同于原来的片段,这使得宿主体内的免疫系统措手不及,难以瞄准。非洲猪瘟病毒也是如此,它的基因组在修复过程中会发生突变,使得免疫系统无法准确识别,从而使针对它们的狙击无效。

分辨率高,“秀娘”水晶法合法。

俗话说,“没有祖先,一切都无法改变”。既然病毒的脱氧核糖核酸修复有许多变化,有可能找到所谓的“宗”或保守区吗?

这需要对关键酶进行高精度的结构分析。该小组选择了x光结晶学,它比众所周知的冷冻电子显微镜有更高的分辨率,一旦条件被探索,它更容易重复。

探索结晶条件是一个非常困难的过程。”我们利用基因工程方法使非洲猪瘟病毒连接酶在工程菌中大量表达,并通过纯化柱等方法纯化蛋白质。”李继西说道。此时,目标蛋白和具有相似性质和分子量的“兄弟姐妹”仍在溶液中。

团队对相关参数进行了数千次探索,最终获得了同质性高的完美晶型。通过x光衍射、三维重建等方法,获得了分辨率为2.5埃的连接酶分子结构。

在超高分辨率下,科学家可以看到蛋白质中每个氨基酸单体的相互作用,电子密度云,见证氢键之间的相互联系,从而判断和预测哪些可能的线迹会被作为“秀娘”的脱氧核糖核酸连接酶用来连接哪些脱氧核糖核酸片段。

第一手看“凹形”,锁定药物设计的潜在点

预测后,你必须第一手看。利用x光结晶学获得酶与脱氧核糖核酸相互作用的“图像”,将清楚地显示酶与底物相互作用的“凹形”。

为此,根据所获得的连接酶的分子结构并参考相关文献,该团队设计了10多个可能的脱氧核糖核酸片段来尝试连接酶的“能力”脱氧核糖核酸片段的长度和长度各不相同,包含8到20个碱基对。”李继西说道。

连接酶对这些不同的脱氧核糖核酸底物分子表现出不同的活性。本质上,它们之间的反应是酶促的。分析表明,非洲猪瘟病毒连接酶有一些明显的

李继喜解释道:“单个酶的构象可以想象成一根三节棒。当它与脱氧核糖核酸相互作用时,三段棍的三段会发生变化,聚集在一起形成一个“口袋”形状,并将脱氧核糖核酸锁在里面,以促进脱氧核糖核酸的连接反应。”

高分辨率结构显示连接酶在N端有一个独特的脱氧核糖核酸结合域(NTD),这对底物结合非常重要。

”这就像在‘口袋’的入口处有一扇门。这种独特的结合域在被连接酶结合进口袋以促进脱氧核糖核酸反应之前被“识别”。如果这门不一致,就不能进行基因“缝合”李继西说道。

药物可以为这个独特的部位设计,阻断连接酶的工作,然后掌握抑制病毒的方法。先前的研究发现,病毒的成熟颗粒含有连接酶,这意味着直到病毒进入宿主细胞并被翻译和组装后,连接酶的翻译才会开始李继西说,因此,针对这个地点的药物不能预防非洲猪瘟的感染,但可以治疗它。目前,该团队已开始与北京大学团队合作,开始筛选化合物。

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