5月26日，國際生物學(xué)雜志Cell 在線發(fā)表了中國科學(xué)院微生物研究所高福團(tuán)隊(duì)和清華大學(xué)顏寧課題組的合作文章Structural Insights into the Niemann-Pick C1 (NPC1)-Mediated Cholesterol Transfer and Ebola Infection，首次報(bào)導(dǎo)了人類膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)體NPC1，以及NPC1與埃博拉病毒表面融合蛋白復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，為深入理解NPC1介導(dǎo)的膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)和埃博拉病毒入侵提供了重要線索。
NPC1是位于內(nèi)吞體（endosome）和溶酶體（lysosome）上的一個(gè)多次跨膜蛋白，由1278個(gè)氨基酸殘基組成，包含13次跨膜螺旋，具有三個(gè)大的腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域（A, C和I）。NPC1在體內(nèi)主要負(fù)責(zé)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)，其氨基酸突變可能會(huì)導(dǎo)致Niemann-Pick C綜合癥，表現(xiàn)為兒童神經(jīng)發(fā)育遲緩，認(rèn)知障礙或失聰，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致兒童夭折。
前人的研究表明，NPC1也是埃博拉病毒進(jìn)入人體的”大門”。在具有埃博拉抗性的細(xì)胞中表達(dá)NPC1會(huì)介導(dǎo)埃博拉病毒的感染；反之，其缺失突變會(huì)使對(duì)埃博拉病毒敏感的細(xì)胞產(chǎn)生抗性。這一特征也使得NPC1成為埃博拉病毒防治中最熱門的藥物靶點(diǎn)之一。1月15日，高福團(tuán)隊(duì)在Cell 雜志在線發(fā)表了Ebola Viral Glycoprotein Bound to Its Endosomal Receptor Niemann-Pick C1（《埃博拉病毒糖蛋白結(jié)合內(nèi)吞體受體NPC1的分子機(jī)制》），該文章報(bào)道了埃博拉病毒的表面融合蛋白GPcl與NPC1結(jié)構(gòu)域C的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)域C主要利用兩個(gè)突出來的環(huán)狀結(jié)構(gòu)插入激活態(tài)糖蛋白頭部的疏水凹槽里，從而發(fā)生相互作用。然而，由于缺乏NPC1全長膜蛋白的結(jié)構(gòu)信息，其它兩個(gè)腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域A和I在埃博拉入侵中的作用并不清楚。
在最新的文章中，顏寧課題組和高福課題組合作，利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)重構(gòu)了4.4 Å分辨率的NPC1全長膜蛋白結(jié)構(gòu)，以及6.6 Å分辨率的NPC1與埃博拉GPcl復(fù)合物的電鏡結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)顯示NPC1在去垢劑溶液中以單體形式存在，高度約為140 Å，其2-13次跨膜螺旋的結(jié)構(gòu)與已解析的RND家族其它成員的結(jié)構(gòu)較為類似，N端和C端結(jié)構(gòu)域形成一個(gè)假二次對(duì)稱結(jié)構(gòu)；三個(gè)腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域中，結(jié)構(gòu)域A像“頭”一樣坐落在以結(jié)構(gòu)域C和結(jié)構(gòu)域I形成的兩個(gè)肩膀中間，三個(gè)結(jié)構(gòu)域之間形成充分的相互作用。NPC1的結(jié)構(gòu)和大量的生化分析解釋了很多與Niemann-Pick C綜合癥相關(guān)的突變。在NPC1與埃博拉GPcl的復(fù)合物結(jié)構(gòu)中，一個(gè)GPcl三體結(jié)合了一個(gè)NPC1分子，其結(jié)合位點(diǎn)位于結(jié)構(gòu)域C上，靠近結(jié)構(gòu)域A，遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)域I。結(jié)合SPR實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，證實(shí)了在類似于體內(nèi)溶酶體的低pH條件下，埃博拉GP蛋白與NPC1有較高的親和力，其中結(jié)構(gòu)域C的親和力與GPcl最強(qiáng)，而結(jié)構(gòu)域A與GPcl的親和力很弱。NPC1與GP的復(fù)合物結(jié)構(gòu)進(jìn)一步揭示了結(jié)構(gòu)域C在介導(dǎo)埃博拉病毒入侵中的主導(dǎo)作用，而結(jié)構(gòu)域A和結(jié)構(gòu)域I起到支撐作用。
NPC1 (左)及NPC1與埃博拉GPcl的復(fù)合物（右）結(jié)構(gòu)圖
