2021年3月25日,清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院丁強(qiáng)課題組聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)張榮團(tuán)隊(duì)在《PLOS Pathogens》雜志上在線發(fā)表題為“Comparative analysis reveals the species-specific genetic determinants of ACE2 required for SARS-CoV-2 entry”(揭示ACE2介導(dǎo)SARS-CoV-2進(jìn)入細(xì)胞的的物種特異性遺傳決定因素》)的研究論文。該工作是基于課題組先前發(fā)表的《PNAS》論文(Functional and Genetic Analysis of Viral Receptor ACE2 Orthologs Reveals a Broad Potential Host Range of SARS-CoV-2),對(duì)不同物種的ACE2同源序列介導(dǎo)新冠病毒入侵細(xì)胞的遺傳決定因素進(jìn)行了更深入的研究。
研究者之前的工作發(fā)現(xiàn)多種哺乳動(dòng)物細(xì)胞表面受體血管緊張素轉(zhuǎn)化酶II(ACE2)都可以與新冠病毒的刺突蛋白(Spike,S)結(jié)合從而介導(dǎo)SARS-CoV-2進(jìn)入靶細(xì)胞。但是新世界猴、考拉、小鼠的ACE2則不能支持新冠病毒進(jìn)入細(xì)胞。為了明確考拉和小鼠的ACE2不能作為新冠病毒有效受體的決定因素,研究者首先根據(jù)SARS-CoV-2的S蛋白與人ACE2結(jié)合界面的結(jié)構(gòu)信息分析了小鼠、考拉以及其它物種的ACE2同源序列,發(fā)現(xiàn)一些關(guān)鍵氨基酸在考拉和小鼠中相對(duì)不保守。接下來研究者在人,考拉和小鼠ACE2中對(duì)這些關(guān)鍵氨基酸進(jìn)行突變,首先通過結(jié)合實(shí)驗(yàn)評(píng)估這些ACE2突變體結(jié)合S蛋白的能力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)將考拉和小鼠ACE2序列突變成人ACE2的相應(yīng)氨基酸后,則與S1蛋白有了較強(qiáng)結(jié)合。接下來研究者使用SARS-CoV-2的假病毒去評(píng)估這些ACE2突變體介導(dǎo)病毒進(jìn)入細(xì)胞的能力,結(jié)果與上述結(jié)合實(shí)驗(yàn)一致。表明考拉和小鼠的ACE2中這些關(guān)鍵氨基酸的改變或許影響了與新冠病毒RBD的結(jié)合,從而導(dǎo)限制了新冠病毒的進(jìn)入。接下來,研究者直接用 SARS-CoV-2活病毒感染過表達(dá)ACE2突變體的A549細(xì)胞,與表達(dá)考拉和小鼠ACE2細(xì)胞中檢測(cè)不到病毒感染信號(hào)的結(jié)果相比,將考拉和小鼠ACE2關(guān)鍵位點(diǎn)突變成人ACE2的相應(yīng)氨基酸后,檢測(cè)到了大量病毒感染信號(hào)。最后研究者利用腺病毒載體轉(zhuǎn)導(dǎo)小鼠,使其表達(dá)突變后的小鼠ACE2蛋白,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在SARS-CoV-2感染后,轉(zhuǎn)導(dǎo)小鼠肺臟中可檢測(cè)到高滴度的新冠病毒。該研究揭示了限制考拉和小鼠的ACE2介導(dǎo)新冠病毒進(jìn)入細(xì)胞的遺傳基礎(chǔ)。除此之外,人ACE2轉(zhuǎn)基因小鼠模型雖然可以支持新冠病毒感染,但始終存在人ACE2蛋白在此類模型中非生理性表達(dá)的局限性,因此該研究也為新冠病毒研究中的動(dòng)物模型建立提供了新的思路。
清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士生任文琳,復(fù)旦大學(xué)朱云凱,王玉燕為并列第一作者。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院丁強(qiáng)研究員,復(fù)旦大學(xué)張榮研究員為共同通訊作者。天津醫(yī)科大學(xué)周東明教授、清華大學(xué)王新泉教授,西湖大學(xué)吳建平研究員以及中國(guó)科學(xué)院上海巴斯德研究所鐘勁教授等對(duì)該研究提供了指導(dǎo)和幫助。該研究由國(guó)家自然科學(xué)基金、清華大學(xué)自主科研計(jì)劃、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心以及清華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖中心等資助完成。
決定不同物種ACE2介導(dǎo)SARS-CoV-2進(jìn)入細(xì)胞的關(guān)鍵遺傳因素
原文鏈接:https://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1009392
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