Hsu 20200103 papers

透過冷凍電子顯微鏡與質譜窺見冠狀病毒表面棘狀蛋白獨特的分子構型與迷彩糖衣設計

近年來嚴重急性呼吸道症候群(SARS)與中東呼吸道症候群(MERS)的肆虐,以及新興豬冠狀病毒造成的豬隻危害和損失,讓人見識到冠狀病毒對於人類健康與社會經濟的重大影響。冠狀病毒也會感染貓隻造成高致死性的貓傳染性腹膜炎(feline infectious peritonitis; FIP)。由於診斷困難且缺乏有效之治療及預防方法,一旦毛孩子遭病毒感染,現今最盛行的第一血清型貓傳染性腹膜炎便無藥可救,儼然成為獸醫急需解決之醫療問題。

為了提供貓傳染性腹膜炎醫療創新思維,中央研究院生物化學研究所徐尚德副研究員,與邱繼輝特聘研究員,以及國立臺灣大學生物資源暨農學院分子暨比較病理生物學研究所張惠雯副教授,與張晏禎助理教授進行跨領域之研究工作,結合病毒學、結構生物學,以及質譜醣生物化學解析第一型貓傳染性腹膜炎病毒表面的棘狀蛋白分子構型,用以了解該病毒如何透過表面的棘狀蛋白與宿主細胞表面受器分子結合,進而感染宿主。利用中研院去年剛成立的先進冷凍電子顯微鏡研究設施,以及2017年諾貝爾化學獎的研究方法,該團隊成功建立了高解析度的第一型貓傳染性腹膜炎病毒表面的棘狀蛋白分子模型,進而發現其結構與過去文獻報導的SARS和MERS等冠狀病毒棘狀蛋白分子構型截然不同。本研究工作於2020年1月初發表於美國國家科學院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences, U. S. A.)。

該團隊利用新穎的生物物理與執牛耳的質譜分析技術,鑑定棘狀蛋白表面複雜的轉譯後修飾醣化構造,配合分子模擬計算以及冷凍電子顯微鏡單分子結構重建分析方法,鉅細彌遺地將棘狀蛋白表面所覆蓋的醣衣原子分子構型一一重現,成為本研究工作的亮點。病毒棘狀蛋白與宿主表面的醣分子均可能在病毒辨識宿主細胞受器上扮演重要角色,醣生物化學的研究工作也正是中央研究院引領全球的研究領域之一。由於病毒需要像鑰匙開鎖一般透過其表面棘狀蛋白與宿主細胞表面受器分子的立體結構互補契合達成辨識,宿主免疫系統也無時無刻透過抗體辨識外來分子之抗原以預防感染,本研究工作提供研究學者對於冠狀病毒致病機轉更細微的分子層面認知,同時也有助於疫苗設計與檢測,及醫療方法的開發。

本研究工作由中研院、台灣大學、台灣蛋白質計畫及科技部資助。本研究共同第一作者楊子靖為台灣大學生物化學研究所博士班學生,張晏禎為台灣大學分子暨比較病理生物學研究所博士班學生、中研院博士後研究員、現任台灣大學分子暨比較病理生物學研究所助理教授。

論文名稱: “Cryo-EM Analysis of a Feline Coronavirus Spike Protein Reveals a Unique Structure and Camouflaging Glycans”
論文網站:https://doi.org/10.1073/pnas.1908898117
作者群: Yang TJ, Chang YC, Ko TP, Draczkowski P, Chien YC, Chang YC, Wu KP, Khoo KH, Chang HW*, Hsu STD*

更新時間:2020.01.08

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