原標(biāo)題：清華大學(xué)顏寧研究組報(bào)道人源膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)構(gòu)

——揭示其介導(dǎo)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)和埃博拉病毒入侵的分子機(jī)制

　　清華新聞網(wǎng)6月2日電 5月26日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院顏寧研究組與中國疾控中心、中科院微生物所高福院士研究組合作在《細(xì)胞》(Cell) 雜志發(fā)表題為《NPC1蛋白介導(dǎo)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)和埃博拉病毒入侵的分子機(jī)制》(Structural insights into the Niemann-Pick C1 (NPC1)-mediated cholesterol transfer and Ebola infection)的研究論文，首次報(bào)道了人源膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NPC1的4.4埃分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，并通過大量生化分析探討了NPC1和NPC2介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制；同時(shí)報(bào)道了NPC1與埃博拉病毒GPcl蛋白復(fù)合體6.6埃分辨率的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，為理解NPC1介導(dǎo)埃博拉病毒入侵的分子機(jī)制提供了分子基礎(chǔ)。

人源NPC1蛋白(左)及其與埃博拉病毒GPcl蛋白復(fù)合體(右)的結(jié)構(gòu)模型。

　　Niemann-Pick疾病是一類因?yàn)橹惔x失常而導(dǎo)致的罕見遺傳疾病，目前還沒有有效的治療手段。NPC1功能異常是C型Niemann-Pick疾病的主要因素。NPC1蛋白在膽固醇的胞內(nèi)運(yùn)輸中發(fā)揮了重要作用。富含膽固醇的低密度脂蛋白（LDL）首先通過細(xì)胞膜表面的LDL受體被內(nèi)吞進(jìn)入細(xì)胞，在內(nèi)吞體(endosome)或溶酶體(lysosome)中，NPC2小蛋白從LDL中將膽固醇抽提出來，再傳遞給位于膜上的NPC1蛋白，最后NPC1與下游蛋白進(jìn)一步將膽固醇傳遞到細(xì)胞其他部位發(fā)揮生物學(xué)功能。如果NPC1發(fā)生突變，導(dǎo)致膽固醇在溶酶體中的異常堆積，就可能導(dǎo)致病人肝臟、腎臟、脾臟甚至腦部的脂類過量積累而造成器官病變。

　　過去幾年的研究發(fā)現(xiàn)，NPC1除了在細(xì)胞內(nèi)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)過程中發(fā)揮了重要作用，其作為細(xì)胞內(nèi)的埃博拉病毒受體，在埃博拉病毒入侵過程中也起著了不可或缺的重要作用。埃博拉病毒表面的糖蛋白進(jìn)入溶酶體后會發(fā)生酶切，酶切之后的糖蛋白(GPcl)可以和NPC1蛋白直接相互作用，從而引發(fā)病毒與宿主細(xì)胞內(nèi)的膜融合過程。

　　人源NPC1是一個(gè)全長1278個(gè)氨基酸并含有13次跨膜螺旋的膜蛋白，其較小的分子量對于利用電鏡進(jìn)行結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究是一個(gè)挑戰(zhàn)。在最新的這篇論文中，顏寧研究組的周強(qiáng)博士發(fā)展了新型“隨機(jī)相位3D分類”方法，從而將這一并不十分穩(wěn)定的單體膜蛋白結(jié)構(gòu)解析到4.4埃，該方法有望推廣到對于類似生物大分子的結(jié)構(gòu)解析。同時(shí)，他們與高福院士課題組合作，解析了NPC1與埃博拉病毒GPcl蛋白復(fù)合體6.6埃分辨率的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了一個(gè)NPC1蛋白單體與一個(gè)GPcl三聚體通過一個(gè)單一界面互相識別。這與2016年初高福研究組解析的GPcl和NPC1的C結(jié)構(gòu)域的晶體結(jié)構(gòu)吻合，從而為進(jìn)一步研究NPC1介導(dǎo)的埃博拉病毒入侵機(jī)制，以及通過破壞這一識別界面而干預(yù)這一過程提供了分子基礎(chǔ)。

　　清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士后龔欣，生命學(xué)院博士生錢洪武、周芯卉、吳建平以及中科院微生物研究所高福院士課題組的萬濤博士為本文的共同第一作者，生命科學(xué)學(xué)院顏寧教授和醫(yī)學(xué)院副研究員周強(qiáng)博士為本文的共同通訊作者。

　　顏寧教授一直針對膽固醇代謝調(diào)控通路進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)與生物化學(xué)研究，并在近年取得了積極進(jìn)展。這是繼2015年3月在《細(xì)胞研究》(Cell Research)報(bào)道裂殖酵母中SREBP通路的SCAP蛋白調(diào)控結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)(http://www.nature.com/cr/journal/v25/n4/full/
cr201532a.html)，以及2015年7月在《科學(xué)》(Science)報(bào)道膽固醇感應(yīng)蛋白Insig在分支桿菌中同源蛋白結(jié)構(gòu)(http://science.sciencemag.org/content/349/6244/187)之后的又一重要成果。高福研究組一直從事重大傳染疾病相關(guān)病毒入侵機(jī)制的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究。兩研究組優(yōu)勢互補(bǔ)、從兩個(gè)角度完成對于NPC1蛋白的深入分析。

　　項(xiàng)目電鏡數(shù)據(jù)采集于清華大學(xué)冷凍電鏡平臺，計(jì)算工作得到清華大學(xué)超級計(jì)算中心支持。本研究項(xiàng)目受到科技部重大科學(xué)研究計(jì)劃、膜生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖中心、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究項(xiàng)目、中國科學(xué)院院長基金埃博拉病毒研究特別項(xiàng)目的資助。

　　論文鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867416305700

　　消息來源：http://news.tsinghua.edu.cn/publish/thunews/10303/2016/20160602220
502988304062/20160602220502988304062_.html