引起人胃腸炎的輪狀病毒有三組，稱為A組、B組和C組，其中A組和C組感染兒童最多，特點最好。另一方面，主要在成人中引起嚴重腹瀉的B組病毒，其刺突蛋白VP8*結(jié)構(gòu)域的尖端知之甚少，它介導(dǎo)腸道細胞的感染。

貝勒醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)和分子生物學(xué)教授、通訊作者B. V. Venkataram Prasad博士說:“確定B組輪狀病毒VP8*的結(jié)構(gòu)很重要，因為這將幫助我們了解病毒如何感染胃腸道細胞，并設(shè)計策略來預(yù)防和治療這種導(dǎo)致嚴重腹瀉暴發(fā)的感染。”

該團隊的第一步是使用x射線晶體學(xué)確定VP8* B的3D結(jié)構(gòu)，這是一個費時費力的過程。然而，這種傳統(tǒng)的方法在這種情況下是不成功的。然后，研究人員轉(zhuǎn)向了最近開發(fā)的基于人工智能的計算程序AlphaFold2。

“AlphaFold2根據(jù)它們的基因序列預(yù)測蛋白質(zhì)的3D結(jié)構(gòu)，”第一作者和共同通訊作者胡麗婭博士說，她是貝勒生物化學(xué)和分子生物學(xué)助理教授。“我們知道輪狀病毒B組VP8*的蛋白序列與輪狀病毒A和C的VP8*的序列相似約10%，因此我們預(yù)計在3D結(jié)構(gòu)上也會有差異。但當AlphaFold2預(yù)測VP8* B的3D結(jié)構(gòu)時，我們感到驚訝，它不僅與輪狀病毒a和C的VP8*結(jié)構(gòu)域完全不同，而且之前沒有其他蛋白質(zhì)報道過具有這種結(jié)構(gòu)。”

掌握了這些信息后，研究人員回到實驗室，通過x射線晶體學(xué)證實了ALphaFold2預(yù)測的VP8* B的結(jié)構(gòu)確實與蛋白質(zhì)的實際結(jié)構(gòu)相吻合。

輪狀病毒如何感染細胞

先前的研究表明，輪狀病毒A和C通過VP8*域結(jié)合到組織血型抗原上的特定糖成分來感染細胞，包括存在于體內(nèi)許多細胞中的A、B、AB和O血型。有人提出，不同輪狀病毒結(jié)合組織抗原上不同糖的能力可能解釋為什么這些病毒中有些特別感染幼兒，而有些則影響其他人群。與VP8* A和VP8* C不同，VP8* B的糖特異性目前尚未被鑒定。

胡教授說:“我們對一系列糖進行了VP8* B的篩選，發(fā)現(xiàn)它能識別體內(nèi)許多細胞中常見的n -乙酰乳糖胺，而輪狀病毒a和C的VP8*不能識別這種糖。”“這種能夠與糖結(jié)合的3D結(jié)構(gòu)以前從未被描述過。”

“我很高興能識別出一種新的3D蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。在我們研究新結(jié)構(gòu)如何與細胞相互作用并感染它們，以及這個過程與輪狀病毒A和C的過程相比如何時，我也期待著由此產(chǎn)生的所有發(fā)現(xiàn)，”普拉薩德實驗室的博士后威廉·薩爾曼博士說。

“我們的實驗室多年來一直與普拉薩德博士的實驗室合作，以了解糖結(jié)合病毒在胃腸道感染中的意義，”合著者瑪麗·埃斯蒂斯博士說，她是卡倫基金會捐贈主席和貝勒病毒學(xué)和微生物學(xué)杰出服務(wù)教授。埃斯蒂斯還是貝勒丹鄧肯綜合癌癥中心的成員。“我們還不能培養(yǎng)B組病毒，但我們的實驗室現(xiàn)在將嘗試在我們的人類類器官系統(tǒng)中培養(yǎng)這些成年病毒，這是一個微型的人類腸道模型，可以幫助我們探索病毒進入和生長的機制。這可能會導(dǎo)致治療腹瀉疾病仍然需要的新療法。”

胡教授說:“這種確定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的新方法代表了結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域向前邁出的重要一步。”

“我對我們從進化的角度發(fā)現(xiàn)的一種新的3D蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)感到興奮。它證明了病毒是如何通過結(jié)合具有相似功能的結(jié)構(gòu)不同的模塊來進化的，但這種結(jié)構(gòu)是如何在B組輪狀病毒中產(chǎn)生的，這是相當有趣的，”普拉薩德說，他是生物化學(xué)的阿爾文羅曼斯基主席，也是丹L鄧肯綜合癌癥中心的成員。

文章標題

Novel fold of rotavirus glycan-binding domain predicted by AlphaFold2 and determined by X-ray crystallography