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麻疹 腮腺炎 流感和RSV中映射的原子结构

西北大学的研究人员首次确定了副粘病毒中一个关键复合物的3-D原子结构。副粘病毒是包括麻疹,腮腺炎,人副流感和呼吸道合胞病毒(RSV)在内的一系列病毒。

这些信息可以帮助其他人设计和开发针对这些病毒以及与副粘病毒相似功能的冠状病毒的抗病毒药物。

西北大学的罗伯特·兰姆(Robert Lamb)说:“这消除了设计药物时的一些猜测。” “传统上,您必须随机开发药物,希望您能达到目标,但这种情况很少发生。”

为了找到独特的结构,研究人员使用了低温电子显微镜(cryo-EM)。这项相对较新的技术使研究人员能够观察分子内部以确定蛋白质的3D形状,该蛋白质通常比人的头发宽度小数千倍。在进行冷冻EM之前,研究人员主要使用X射线晶体学,无法捕获该酶的高分辨率图像。这种称为聚合酶的酶会组装RNA分子。

西北大学的元和说,“结晶学只能用于非常有序和有组织的蛋白质。” 病毒聚合酶复合物太大,无法结晶,而且不均匀。”

该研究报告将于2月17日在美国国家科学院院刊上发表。

兰姆是西北大学温伯格文理学院的肯尼思·F·伯吉斯分子生物科学教授,也是霍华德·休斯医学院的研究员。元和是温伯格分子生物科学的助理教授。

尽管第一个有记录的腮腺炎病例发生在5世纪,而麻疹则发生在9世纪,但是直到最近,研究人员才拥有表征其原子结构的设备。三位生物物理学家因开发低温电磁技术而获得了2017年诺贝尔化学奖,这最终为Lamb和He打开了大门。

Cryo-EM的工作原理是在速冻样品上喷射电子流以拍摄许多二维图像。对于这项研究,He和他的团队捕获了人类副流感病毒 5聚合酶的一个样本的数十万张图像。然后,研究小组使用计算算法重建了3D图像。

所得图像为不规则的球形小球,长尾巴由四种磷蛋白(或含磷蛋白)制成。该结构包含2000多个氨基酸和5种蛋白质。

“部分图像是预期的,”兰姆说。“但是其中一部分令人惊讶。其中两种蛋白质是全新的。它们从未见过。”

另一个惊喜:研究小组发现这种病毒使用相同的蛋白质在基因组复制和转录之间切换。

他说:“这种机器具有双重功能。” “利用一种酶可以完成两项工作。该病毒的基因组非常小,因此具有规模经济性。”

Lamb and He希望这项工作能够帮助其他人设计和开发新药,以解决过去几年中爆发的麻疹和腮腺炎等疾病。

兰姆说:“很多人不想接种疫苗,他们正在患上这种疾病。” “对于接种疫苗的人来说,该疫苗仍然需要三到四个星期才能生效。我们需要更多的抗病毒药物,以便感染者可以立即得到治疗。”

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