PNAS：揭开流感病毒感染的隐匿机制

　　

生物通报道：当流感病毒攻击和感染宿主细胞的时候，它表现得像是特洛伊木马病毒。目前，莱斯大学和贝勒医学院的科学家们，对于参与该过程的隐匿机制有了一个清晰的认识。

他们的计算机模拟，可能会带来阻止流感的新策略，甚至开发一种通用的疫苗。相关研究结果发表在本周的《PNAS》杂志，指出了血球凝集素（hemagglutinin，流感病毒表面的一种糖蛋白）释放融合肽以侵入宿主细胞所采取的一种途径。

释放机制一直是许多理论的主题，但是没有人能解释莱斯大学生物物理学家José Onuchic和贝勒医学院的生物化学家Qinghua Wang、Jianpeng Ma所带领的新研究工作以及实验观察。

Rice-Baylor研究小组应用Onuchic及其同事开发的蛋白质折叠算法，分析血球凝集素在感染细胞时如何重构自我。

在病毒感染研究人员感兴趣的过程开始时，血球凝集素是完全折叠的，Ma说：“这可能是人们熟知的唯一例子，即一个蛋白开始于一个固定点，可以完全重新折叠。”

蛋白质是来自DNA的分子马达，执行对生命必不可少的任务，它们是莱斯大学理论生物物理学研究中心（CTBP）的Onuchic及其同事研究的主要焦点。研究人员使用他们的能量全景图理论（energy landscape theory），来确定一段未折叠的氨基酸链最终成为一种功能蛋白所采用的途径。这涉及到，计算链中每一个氨基酸的结合模式以及折叠进行中周围环境的影响。

当几年前Ma遇见Onuchic时，他意识到一个机会，他说：“我告诉他，病毒系统有一个非常重要的特征，将对他的能量全景图方法非常理想。”

长期以来，研究人员已经通过X光散射技术观察到了血球凝集素的初始和最终结构。但是，由于变化发生得如此之快，我们不可能捕获到运输过程中的糖蛋白图像。Ma说，阻止流感的关键可能是，攻击这些中间结构。

能量全景图理论预测一个蛋白如何折叠，无论它发生的有多快。在血清凝集素的情况下，解折叠和重折叠发生在几秒钟的时间内。在这个过程中，蛋白质的一部分“破裂”并释放融合肽。

本文共同作者、莱斯大学博士后研究人员Jeffrey Noel称：“融合肽是分子最重要的部分。血清凝集素附着到病毒膜上，当这些肽被释放时，它们就将自己嵌入到目标细胞的细胞膜中，从而在两者之间产生关联。”

Ma说：“血球凝集素的目的是，在两层膜之间戳一个洞。它们必须融合，这样遗传物质才会被注入到人体细胞中。”

血球凝集素被宿主细胞表面的多糖受体所识别，当细胞吞噬它时被吸收。最初，该蛋白的一部分形成一个帽，可保护内部的片段。

酸性条件可以使帽脱落，蛋白质开始重构自我。Ma说：“融合肽最初隐匿在血球凝集素内部，它的释放是由巨大的构象变化所触发的。”

Noel称：“当帽未脱落时，整个蛋白质是稳定的。我们在模拟中看到的是，融合肽隐匿其中的疏水袋极不稳定，一旦帽脱落了就想要破裂。”

通过利用来自X光散射技术的实验结构信息，粗略估计血球凝集素的整个能量全景图，研究人员现在可以捕获参与其重构的步骤的粗略画面，包括肽的释放点。Ma说：“目前，我们第一次绘制了整个过程，从状态A到状态B，这个过程的能量学。”

Ma表示，帽的频繁突变有助于病毒避开抗体；这就是人每年都需要接种流感疫苗的原因。但是他怀疑，蛋白质的内部是高度保守的。他说：“我们正在靶定病毒不能改变的部分。因此，这为开发治疗药物提供了更多的希望。”这些药物可能会带来一种受益终生的通用流感疫苗。

（生物通：王英）

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生物通推荐原文摘要：
Order and disorder control the functional rearrangement of influenza hemagglutinin
Abstract：Influenza hemagglutinin (HA), a homotrimeric glycoprotein crucial for membrane fusion, undergoes a large-scale structural rearrangement during viral invasion. X-ray crystallography has shown that the pre- and postfusion configurations of HA2, the membrane-fusion subunit of HA, have disparate secondary, tertiary, and quaternary structures, where some regions are displaced by more than 100 Å. To explore structural dynamics during the conformational transition, we studied simulations of a minimally frustrated model based on energy landscape theory. The model combines structural information from both the pre- and postfusion crystallographic configurations of HA2. Rather than a downhill drive toward formation of the central coiled-coil, we discovered an order-disorder transition early in the conformational change as the mechanism for the release of the fusion peptides from their burial sites in the prefusion crystal structure. This disorder quickly leads to a metastable intermediate with a broken threefold symmetry. Finally, kinetic competition between the formation of the extended coiled-coil and C-terminal melting results in two routes from this intermediate to the postfusion structure. Our study reiterates the roles that cracking and disorder can play in functional molecular motions, in contrast to the downhill mechanical interpretations of the “spring-loaded” model proposed for the HA2 conformational transition.