中國醫學科學院在人冠狀病毒HKU1進入機制研究取得重要進展

5月23日，Nature子刊Nature Communications雜誌在線刊出題為「Crystal structure of the receptor binding domain of the spike glycoprotein of human betacoronavirus HK-U1」的論文，病原生物學研究所錢朝暉副研究員課題組助理研究員歐秀元博士和崔勝研究員課題組關洪鑫博士為本文的並列第一作者，錢朝暉副研究員和崔勝研究員為本文並列通訊作者。

人冠狀病毒HKU1在普通人群中的感染會導致感冒，在嬰兒、老人和免疫缺陷的病人中的感染能導致肺炎。HKU1病毒跟小鼠肝炎病毒（Mouse hepatitis virus，MHV）和人冠狀病毒OC43同屬β冠狀病毒屬A型冠狀病毒。前期，我們發現，不同於MHV和OC43， HKU1病毒S蛋白的受體結合區位於S1亞基的CTD（C-terminal domain）而不是傳統的NTD（N-terminal domain）。在本研究中，錢朝暉課題組和崔勝課題組合作利用單波長異常衍射技術（Single-wavelength anomalous diffraction, SAD）解析了1.9埃解析度的HKU1病毒的受體結合區（圖1），發現其包含三個亞結構域：核心（Core）亞區，插入（Insertion）亞區和SD-1(subdomain-1)亞區。 核心亞區和SD-1亞區在不同冠狀病毒中結構高度保守，而插入亞區高度變異。通過構建HKU1病毒不同亞型的S蛋白受體結合區的嵌合體，發現插入亞區是中和抗體的結合部位；通過進一步的點突變研究，發現了影響中和抗體結合的5個關鍵氨基酸；最後通過在人原代呼吸道上皮細胞中的競爭性感染實驗，發現了影響S蛋白與其結合受體的2個關鍵氨基酸（圖2）。另外，通過對MHV的SD-1上相關氨基酸的突變發現SD-1跟CTD的相互作用影響S蛋白的構象穩定，提出SD-1可能是將S蛋白跟受體結合引起構象改變的信號傳導到S蛋白其它部分的關鍵節點。該研究成果將會為進一步研究冠狀病毒的進入、免疫和進化機制打下良好基礎。

圖1 HKU1 S蛋白受體結合區結構

圖2 W515和R517是與受體結合的關鍵氨基酸

本研究獲得中國醫學科學院醫學與健康科技創新工程（2016-I2M-1-014）、國家自然科學基金和國家重點研究和發展計劃的資助。特別感謝瑞士光源蛋白質晶體學線站（X06DA）王梅天教授團隊提供的Native-SAD技術和測量機時的支持。

Abstract

Human coronavirus (CoV) HKU1 is a pathogen causing acute respiratory illnesses and so far little is known about its biology. HKU1 virus uses its S1 subunit C-terminal domain (CTD) and not the N-terminal domain like other lineage A β-CoVs to bind to its yet unknown human receptor. Here we present the crystal structure of HKU1 CTD at 1.9?? resolution. The structure consists of three subdomains: core, insertion and subdomain-1 (SD-1). While the structure of the core and SD-1 subdomains of HKU1 are highly similar to those of other β-CoVs, the insertion subdomain adopts a novel fold, which is largely invisible in the cryo-EM structure of the HKU1 S trimer. We identify five residues in the insertion subdomain that are critical for binding of neutralizing antibodies and two residues essential for receptor binding. Our study contributes to a better understanding of entry, immunity and evolution of CoV S proteins.

來源：北京協和醫學院

本期編輯：Tony

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