MIT新技术阐明蛋白质如何与细胞膜胆固醇发生互作

流感病毒感染宿主，寄生在宿主细胞内复制自己，再纷纷出芽离开宿主细胞感染其他细胞。麻省理工学院的一项新研究，描述了一组流感病毒出芽的高清图像。

　　

生物通报道：采用最新的固态核磁共振（solid-state nuclear magnetic resonance）光谱学技术，MIT的研究团队发现，宿主细胞膜上的胆固醇分子竟然能为流感病毒服务！它们在细胞膜内创造了一个扩大的楔形，弯曲出芽病毒颈使其变窄，直至把出芽颈挤破。

此前，研究人员发现，病毒出芽时，病毒蛋白M2的活动取决于细胞膜的胆固醇含量。这项研究拿出了证据，证明胆固醇确实参与了病毒释放。

细胞膜上胆固醇分布并不均匀，M2蛋白倾向于定位在富集区和匮乏区的边界地带，在这里，出芽病毒用胆固醇构建自己的病毒包膜。Hong课题组观察到，出芽颈（两个胆固醇分子卡住M2）在细胞膜内层创造了一个明显的楔形，胆固醇制造的楔形物导致了一个马鞍形的曲度，为病毒释放提供了必要条件。

“我们相信，这种技术可以用于研究其他膜蛋白的功能，”MIT化学教授，这篇《PNAS》文章的通讯作者Mei Hong说。“淀粉样前体蛋白和α-突触核蛋白与阿尔兹海默症和帕金森氏症息息相关，这些蛋白也需要与细胞膜打交道，细胞膜的脂质层中也少不了胆固醇。”

“大约30%人类基因编码的蛋白质与细胞膜有关，所以它们从某种程度上都直接或间接地与胆固醇相互作用，”她说。“现在，我们有了一个研究胆固醇结合蛋白结构的新工具。”

动态和挑战

早期影像学和实验研究表明，流感病毒的M2蛋白是出芽的必要因素，而且在富含特定胆固醇的细胞膜上工作效率最高。“我们好奇，胆固醇分子真的与M2蛋白结合或发生相互作用了吗？”Hong说。“固态NMR技术非常擅长研究这些问题。”

核磁共振（NMR）利用原子核的磁性特点可以揭示它们所处的分子的结构。“在分子水平上，胆固醇通常难以被测量，因为它们不仅分子量小而且一直在动，与许多蛋白质发生相互作用。细胞膜也是动态的，没有秩序可言，”Hong说。

研究小组测量了胆固醇原子和M2蛋白质原子之间的距离，然后分析胆固醇分子与M2蛋白的结合方式以及胆固醇在细胞膜层中的定向。

高度复杂巧妙的固态NMR方法使Hong团队得以确定胆固醇分子和M2蛋白骨干和支架的原子距离，从而精准描述胆固醇/M2互作。因为膜蛋白是许多药物的靶点，胆固醇能影响这些蛋白质的结构和功能，因此，Hong团队的研究成果是一个巨大的突破。他们为细致了解健康和疾病状态的膜蛋白功能与细胞膜组分的作用关系奠定了扎实基础。

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原文检索：
Cholesterol Binding Site of the Influenza M2 Protein in Lipid Bilayers from Solid-State NMR”, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, published ahead of print November 20, 2017, doi:10.1073/pnas.1715127114, (2017).

（生物通：欧阳沐）