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人工智能揭示了轮状病毒尖峰蛋白中前所未有的3D结构

人工智能揭示了轮状病毒尖峰蛋白中前所未有的3D结构
2022年06月12日 02:37 新浪网 作者 Fergusondong

  在导致人类胃肠炎的三组轮状病毒中,即A、B和C组,A组和C组主要影响儿童,特征最好。另一方面,主要在成年人中引起严重腹泻的B组中,人们对病毒尖峰蛋白(称为VP8*结构域)的尖端知之甚少,该蛋白介导肠道细胞的感染。

  通讯作者B博士说,确定B组轮状病毒中VP8*的结构很重要,因为它将帮助我们了解病毒如何感染胃肠道细胞,并设计策略来预防和治疗这种导致严重腹泻爆发的感染。五。Venkataram Prasad,贝勒医学院生物化学和分子生物学教授。

  该团队的第一步是使用X射线晶体学确定VP8* B的3D结构,这是一个费力且耗时的过程。然而,这种传统方法在本案中并不成功。然后,研究人员转向了最近开发的基于人工智能的计算程序,名为AlphaFold2。

  第一作者和共同通讯作者博士说,AlphaFold2根据蛋白质的遗传序列预测蛋白质的3D结构。Liya Hu,贝勒生物化学和分子生物学助理教授。“我们知道轮状病毒B组VP8*的蛋白质序列与轮状病毒A和C的VP8*序列相似约10%,因此我们预计3D结构也会有所不同。但当AlphaFold2预测VP8* B的3D结构时,我们感到惊讶,该结构不仅与轮状病毒A和C中的VP8*结构域完全不同,而且之前没有其他蛋白质报告具有这种结构。”

  有了这些信息,研究人员回到实验室工作台,通过实验证实,ALphaFold2预测的VP8* B的结构确实与使用X射线晶体学预测的蛋白质的实际结构相吻合。

  轮状病毒如何感染细胞

  之前的研究表明,轮状病毒A和C通过使用VP8*结构域与组织血组抗原(包括A、B、AB和O血组)上的特定糖成分结合来感染细胞,这些抗原存在于身体许多细胞中。有人提出,不同轮状病毒与组织组抗原上不同糖结合的能力可以解释为什么其中一些病毒专门感染幼儿,而另一些病毒则影响其他人群。与VP8* A和VP8* C不同,VP8* B的糖特异性直到现在才被表征。

  Hu说,我们对VP8* B进行一系列糖筛查,发现它识别N-乙酰肌酰肌胺,这是一种体内许多细胞中常见的糖,轮状病毒A和C的VP8*无法识别。这种也能够与糖结合的3D结构以前从未被描述过。

  “我对识别一种新的3D蛋白质结构感到兴奋。当我们研究新结构如何与细胞相互作用以感染它们,以及这个过程与轮状病毒A和C的过程相比如何时,我还期待着从中得出的所有发现。”合著者博士说。Wilhelm Salmen,普拉萨德实验室的博士后研究员。

  我们的实验室一直在与博士合作。Prasad多年来的实验室一直了解糖结合病毒在胃肠道感染中的重要性,”合著者Dr.Mary Estes,Cullen基金会捐赠主席,贝勒病毒学和微生物学杰出服务教授。Estes也是Baylor的Dan L Duncan综合癌症中心的成员。“我们还不能培养B族病毒,但我们的实验室现在将尝试在我们的人类类器官系统中种植这些成年病毒,这是一个人类肠道的微型模型,可以帮助我们探索病毒进入和生长的机制。这可能会导致治疗腹泻疾病仍然需要的新疗法。”

  胡说,这种确定蛋白质3D结构的新方法代表了结构生物学领域向前迈出的重要一步。

  “从进化的角度来看,我对新的3D蛋白质结构的发现感到兴奋。它通过结合具有类似功能的结构不同的模块来说明病毒如何进化,但这种结构是如何在这个B类轮状病毒中产生的,非常有趣,”担任Alvin Romansky生物化学主席、Dan L Duncan综合癌症中心的成员Prasad说。

  作者感谢NIH赠款AI36040、AI080656和P30 DK56338以及罗伯特·韦尔奇基金会(Q1279)的支持。墨西哥湾沿岸财團的培训跨学科药理学科学家(TIPS)计划(Grant No.T32 GM120011),能源部科学办公室用户设施合同(DE-AC02-05CH11231)和国家卫生研究院,国家普通医学研究所授予P30 GM124169-01。

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