朊病毒如何从一个物种跳到另一个物种？

在一项新的研究中，凯斯西储大学医学院的研究人员发现了一种与人类朊病毒遗传病有关的蛋白原纤维结构。他们说，这一发现揭示了朊病毒如何在一些动物物种之间跳跃的机制，同时保持了其他物种之间的传播屏障。

　　

在一项新的研究中，凯斯西储大学医学院的研究人员发现了一种与人类朊病毒遗传病有关的蛋白质原纤维结构。他们说，这一发现揭示了朊病毒如何在一些动物物种之间跳跃的机制，同时保持了其他物种之间的传播屏障。

虽然他们的发现对开发更多常见的人类朊病毒疾病(如克雅氏病)的新疗法没有直接的影响，但这项工作确实表明，根据结构信息可以预测疾病从一个物种传播到另一个物种的可能性。

该研究的资深作者、医学院生理学和生物物理系教授维托尔德·苏雷维奇(Witold Surewicz)说:“朊病毒疾病领域仍然存在的一个主要问题是，为什么这些疾病可以在一些动物物种之间传播，而不是在其他物种之间传播。”“我们的发现解释了这是如何运作的。”

这项研究由美国国立卫生研究院资助，于9月12日发表在科学杂志《自然结构与分子生物学》上。该研究的第一作者是中科院医学院博士后Qiuye Li。这项研究由俄亥俄州立大学的化学和生物化学教授克里斯托弗·雅罗尼克(Christopher Jaroniec)合著。

朊病毒病，又称“传染性海绵状脑病”，是一组传染性脑耗损性疾病，包括人类克氏病、牛海绵状脑病(疯牛病)以及鹿和麋鹿的慢性耗损性疾病。

这些致命的疾病之所以独特，是因为它们的传染性病原体不是病毒，而是形状异常的朊病毒蛋白。

苏雷维奇说，这种畸形的蛋白质组装成长纤维，并以模板或“种子”的形式与正常的朊病毒蛋白结合，迫使其改变形状，变成一种异常的、引起疾病的形式。

虽然形状异常的蛋白质可以很容易地作为模板转化来自同一物种的正常朊病毒蛋白质，但交叉播种被认为是受限于不同物种依赖的氨基酸序列差异，而氨基酸序列是每个蛋白质的基本组成部分。

李说:“看来这些障碍——或者说缺乏这些障碍——完全由一个物种的朊病毒蛋白采用另一个物种朊病毒原纤维种子结构的能力决定。”“反过来，这取决于关键结构决定位置的氨基酸的差异。”

此前，Surewicz实验室的科学家利用朊病毒蛋白的截断形式开发了一个模型，使他们能够在试管中研究朊病毒传播的机制，包括传播性(播种)障碍现象。

然而，由于缺乏关于这些蛋白形成的感染性原纤维结构的信息，对这些机制的充分了解受到了阻碍。

作者通过使用冷冻电子显微镜技术克服了这一基本限制。冷冻电子显微镜是一种在非常低的温度下收集图像的显微镜。

通过在计算机中分析人类和小鼠模型朊病毒蛋白形成的数千张原纤维图像，他们以接近单个原子的分辨率确定了这些原纤维的结构。这种结构上的洞见使研究人员能够用精确的结构术语解释为什么在某些物种之间存在朊病毒传播障碍，而在其他物种之间则没有观察到这种障碍。

“尽管我们目前的研究是使用模型系统进行的，”Surewicz说，“基于结构数据对朊病毒传播屏障进行合理化和预测的能力具有重要的实际意义，特别是考虑到目前在美国和加拿大部分地区的麋鹿和鹿中流行的慢性消耗性疾病，以及越来越多的人担心这种疾病可能传播给人类。”

文章标题

Cryo-EM structure of disease-related prion fibrils provides insights into seeding barriers