清华大学颜宁教授Cell发表新成果

　　

生物通报道  来自清华大学、中科院微生物研究所的研究人员报告称，她们采用单粒子低温电子显微镜(cryo-EM)技术获得了了分辨率为4.4埃（Å）的全长人类NPC1的结构，及NPC1与埃博拉病毒（EBOV）酶切后糖蛋白(GPcl)的复合物的低分辨率结构。由此认识了NPC1介导胆固醇转运和埃博拉病毒感染的结构机制。这一重要的成果发布在5月27日的《细胞》（Cell）杂志上。

清华大学的颜宁（Nieng Yan）教授与周强（Qiang Zhou）博士是这篇论文的共同通讯作者。中科院微生物研究所的高福（George F. Gao）院士是这篇论文的合著作者。

C型尼曼-匹克病（Niemann-Pick type C ,NPC）是一种常染色体隐性遗传导致的神经系统退变和脂质异常累积于细胞的疾病，最显著的病理表现为患者细胞的晚期内体和溶酶体中大量积累外源低密度脂蛋白来源的胆固醇。导致NPC发病的基因主要有两个，分别为NPC1和NPC2，其中主要为NPC1突变引起。

NPC1基因定位在18号染色体长臂11区，根据NPC1 cDNA序列推导的NPC1蛋白由1278个氨基酸组成。NPCI蛋白是一种疏水性整合膜蛋白，带有13个跨膜结构域。在N端存在与胆固醇有高度亲和力的区域称单股结合域（SBD），另外NPC1还有由5到6个跨膜区域组成的固醇敏感区域（SSD）。SSD结构域是完整细胞中NPC1蛋白质发挥功能所必须，它能识别蛋白质环境中的游离固醇并参与介导溶酶体中胆固醇的流出。由于NPC1蛋白在机体胆固醇平衡中起重要作用，除与NPC病的发生密切相关，研究发现NPC1也与动脉粥样硬化、肥胖及胆固醇结石的发生有一定关系。

然而，近年来的一些研究也发现NPC1蛋白还在埃博拉病毒的入侵中发挥至关重要的作用。2015年，由美国的科学家领导的一个研究小组发现，内吞体蛋白NPC1是埃博拉病毒病毒侵染必需的入口受体。埃博拉病毒的糖蛋白（GP）能跟NPC1结合，病毒借此被转运进入细胞内。一旦进入细胞，埃博拉病毒就利用细胞内的合成系统复制病毒，复制完成后，新的病毒冲破细胞释放出去，细胞也就破裂、死亡（研究发现埃博拉病毒的致命弱点 ）。

2016年1月，在高福院士的领导中国科学院微生物研究所的研究人员揭示出了，埃博拉病毒GP结合它的内吞体受体NPC1的机制。这项研究提供了有关埃博拉病毒进入晚期内吞体的结构机制，由此为设计出阻止病毒进入的治疗抑制剂奠定了分子基础。研究论文发布在Cell杂志上（高福院士Cell发表新研究成果）。

在这篇Cell新文章中，研究人员报告称她们采用单粒子低温电子显微镜技术，获得了分辨率为4.4 Å的全长hNPC1结构，及分辨率为6.6 Å的hNPC1与EBOV-GPcl的复合物的结构。NPC1包含13个跨膜片段(TMs)和3个不同的腔结构域A (也称作NTD), C和I。TMs 2–13显示出典型的RND（resistance-nodulation-cell division）折叠，其中TMs 3–7构成了保守存在于与胆固醇代谢和信号传导相关的几个蛋白质中的SSD结构域。她们还证实三聚物EBOV-GPcl通过结构域C结合了NPC1单体。

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这些结构和生化研究结果为了解NPC1介导细胞内胆固醇转运和埃博拉病毒感染的机制提供了一个重要的框架。

2007年作为普林斯顿大学博士的颜宁受聘于清华大学医学院，成为清华最年轻的教授、博士生导师。在回国的几年间，颜宁教授研究组主要聚焦于膜蛋白、胆固醇代谢调控通路相关因子的结构生物学研究，在Science、Nature、Cell等杂志上发表多篇重要的论文，并荣获了中国青年女科学家奖、HHMI国际青年科学家奖等奖励。

不久前，颜宁领导清华大学的研究人员报道称，她们分离出了来自兔骨骼肌的Cav1.1复合物，并采用单颗粒冷冻电镜技术借助直接电子检测和先进的图像处理确定了它的结构。获得这一伪四聚体真核生物Cav通道与其辅助亚基的复合物的详细结构，为认识相关通道的功能和疾病机制提供了重要的框架。这一重要的研究成果发布在2015年12月18日的Science杂志上（清华大学颜宁教授Science再发重要新成果 ）。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Structural Insights into the Niemann-Pick C1 (NPC1)-Mediated Cholesterol Transfer and Ebola Infection

Niemann-Pick disease type C (NPC) is associated with mutations in NPC1 and NPC2, whose gene products are key players in the endosomal/lysosomal egress of low-density lipoprotein-derived cholesterol. NPC1 is also the intracellular receptor for Ebola virus (EBOV). Here, we present a 4.4 Å structure of full-length human NPC1 and a low-resolution reconstruction of NPC1 in complex with the cleaved glycoprotein (GPcl) of EBOV, both determined by single-particle electron cryomicroscopy. NPC1 contains 13 transmembrane segments (TMs) and three distinct lumenal domains A (also designated NTD), C, and I. TMs 2–13 exhibit a typical resistance-nodulation-cell division fold, among which TMs 3–7 constitute the sterol-sensing domain conserved in several proteins involved in cholesterol metabolism and signaling. A trimeric EBOV-GPcl binds to one NPC1 monomer through the domain C. Our structural and biochemical characterizations provide an important framework for mechanistic understanding of NPC1-mediated intracellular cholesterol trafficking and Ebola virus infection