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(guó)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(guò)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(lèi)因?yàn)橹?lèi)代謝失常而導(dǎo)致的罕見(jiàn)遺傳疾病，目前還沒(méi)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(guò)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(lái)，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(lèi)過(guò)量積累而造成器官病變。

　　過(guò)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(guò)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(guò)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(huì)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(guò)程。

　　人源NPC1是一個(gè)全長(zhǎng)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(duì)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(lèi)”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(duì)于類(lèi)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(guò)一個(gè)單一界面互相識(shí)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(guò)破壞這一識(shí)別界面而干預(yù)這一過(guò)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(qián)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(wàn)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(duì)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(shì)互補(bǔ)、從兩個(gè)角度完成對(duì)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(tái)，計(jì)算工作得到清華大學(xué)超級(jí)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(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)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(lái)源：http://news.tsinghua.edu.cn/publish/thunews/10303/2016/20160602220
502988304062/20160602220502988304062_.html