清华大学向烨研究员发表Nature新文章

　　

生物通报道  来自清华大学医学院的研究人员报告称，他们证实噬菌体ϕ29的尾巴具有一个打孔环（pore-forming loop），它对噬菌体穿透宿主细胞膜起重要作用。这一研究发现发布在6月15日的《自然》（Nature）杂志上。

清华大学医学院的向烨（Ye Xiang）研究员是这篇论文的通讯作者。其主要研究方向是天然免疫抗病毒分子机理及乙肝、丙肝病毒等复杂生物大分子组装及行使功能的分子机制。

2014年，向烨领导清华大学医学院的研究团队对霍乱弧菌二核苷酸环化酶DncV的晶体结构和功能进行了深入的研究。研究结果发布在Molecular cell杂志上（清华大学Cell子刊发表第二信使研究新成果）。

2015年，向烨研究员与NIH国家过敏症和传染病研究所（NIAID）的Nancy Sullivan合作，揭示出了一位1995年刚果埃博拉疫情的幸存者生成的两种埃博拉病毒(EBOV)中和抗体的独特结合特征。研究论文发布在Science杂志上（清华大学向烨研究员发表Science新文章 ）。

噬菌体（bacteriophages）是一种细菌病毒，其特别之处是专以细菌为宿主（Nature捕捉噬菌体感染特写 ）。大部分噬菌体都长有尾巴，其将对称或扁长的头部附着在一条长长的可收缩、或长长的不可收缩，或短短的不可收缩的尾巴上。噬菌体的尾巴是一个复杂的机器，在宿主细胞识别和粘附，细胞壁和细胞膜穿透，及病毒基因组排出中起重要作用。然而，目前尚不清楚噬菌体尾巴穿透宿主细胞内膜的相关机制。

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在这篇Nature文章中，研究人员对噬菌体ϕ29尾巴gp9蛋白进行了结构和功能研究。他们获得了分辨率为2.0埃（Å）的gp9晶体结构，显示6个gp9分子形成了一个六聚体管状结构，在DNA排出前6个柔性疏水环阻塞了这一管状结构的一端。序列和结构分析结果表明，管状结构中的这些环可能有膜活性。

进一步的生物化学分析和电子显微镜结构分析显示，在DNA排出的情况下这一管状结构中的6个疏水环退出，形成了跨越细胞膜脂质双层的一个通道，使得能够释放出噬菌体基因组DNA，表明穿透细胞膜涉及与某些真核生物的无包膜病毒相似的一种打孔机制。搜寻其他的噬菌体尾巴蛋白鉴别出了类似的疏水环，表明了原核生物的病毒可能利用了一种共同的机制来穿透细胞膜。

这些研究结果表明，尽管原核生物和真核生物的病毒采用了明显非常不同的机制来实现感染，但他们却进化出了相似的机制来穿透宿主的细胞膜。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

The bacteriophage ϕ29 tail possesses a pore-forming loop for cell membrane penetration

Most bacteriophages are tailed bacteriophages with an isometric or a prolate head attached to a long contractile, long non-contractile, or short non-contractile tail1. The tail is a complex machine that plays a central role in host cell recognition and attachment, cell wall and membrane penetration, and viral genome ejection. The mechanisms involved in the penetration of the inner host cell membrane by bacteriophage tails are not well understood. Here we describe structural and functional studies of the bacteriophage ϕ29 tail knob protein gene product 9 (gp9). The 2.0 Å crystal structure of gp9 shows that six gp9 molecules form a hexameric tube structure with six flexible hydrophobic loops blocking one end of the tube before DNA ejection. Sequence and structural analyses suggest that the loops in the tube could be membrane active. Further biochemical assays and electron microscopy structural analyses show that the six hydrophobic loops in the tube exit upon DNA ejection and form a channel that spans the lipid bilayer of the membrane and allows the release of the bacteriophage genomic DNA, suggesting that cell membrane penetration involves a pore-forming mechanism similar to that of certain non-enveloped eukaryotic viruses2, 3, 4. A search of other phage tail proteins identified similar hydrophobic loops, which indicates that a common mechanism might be used for membrane penetration by prokaryotic viruses. These findings suggest that although prokaryotic and eukaryotic viruses use apparently very different mechanisms for infection, they have evolved similar mechanisms for breaching the cell membrane.

作者简介：

向烨

1994-1998      北京大学    学士
1998-2003      中国科学院生物物理研究所   博士
2005-2010      普渡大学生物科学学院   博士后
2010-2012      普渡大学生物科学学院   助理研究员
2013-至今       清华大学医学院  准教授

主要科研领域与方向
利用交叉学科的优势，结合冷冻电子显微镜, X-射线晶体学及分子与细胞生物学的方法，系统性地研究复杂生物大分子(如病毒)组装及行使功能的分子机制。同时，基于结构研究基础，开展以结构为导向的疫苗及药物开发。目前研究集中于天然免疫抗病毒分子机理及乙肝、丙肝病毒等复杂生物大分子组装及行使功能的分子机制。