3 月 27 日，西湖大學(xué)研究團隊的一篇學(xué)術(shù)論文，登上了有名學(xué)術(shù)期刊《Science》的封面，標(biāo)題為“Structural basis for the recognition of the SARS-CoV-2 by full-length human ACE2”。這篇論文是《Science》刊載的一篇專門研究新冠病毒的封面文章。該文章成功解析新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）細胞表面受體 ACE2 的全長三維結(jié)構(gòu)，以及新冠病毒表面S蛋白受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域（RBD）與ACE2 全長蛋白復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)。
>>>>>什么是 S 蛋白？
S 蛋白全稱為 Spike Glycoprotein （刺突糖蛋白）。它位于新冠病毒最外層，像一個個突起的 “**”。S蛋白可識別宿主細胞受體并介導(dǎo)膜融合，對于病毒顆粒進入細胞至關(guān)重要，是病毒感染宿主細胞的關(guān)鍵因子。根據(jù)美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校研究團隊的解析結(jié)果，新冠病毒 S 蛋白以三聚體形態(tài)存在，每一個單體中約有 1300 多個氨基酸，其中 300 多個氨基酸構(gòu)成了RBD。RBD直接參與宿主受體的識別，該區(qū)域的氨基酸變異會導(dǎo)致病毒的種屬嗜性和感染特性的變化。
新冠病毒S蛋白三聚體結(jié)構(gòu)中，每一個S蛋白單體與相鄰的S蛋白相互纏繞形成緊湊的同型三聚體，其中S1 trimer的SD1/SD2 domain與相鄰S的S2亞基相互作用，這種相互纏繞的模式使得S1形成類似冠狀的結(jié)構(gòu)從而將S2 trimer鎖定在prefusion的狀態(tài)，而S1 RBD與受體ACE2的結(jié)合以及S1/S2邊界處的酶切斷裂，都會使S1三聚體冠狀結(jié)構(gòu)移除，從而造成S2大規(guī)模的構(gòu)象變化，進而導(dǎo)致病毒膜與宿主膜融合。
>>>>>S蛋白與ACE2復(fù)合物結(jié)構(gòu)解析
對 S 蛋白和 ACE2 的研究，對于解釋新冠病毒侵入細胞過程非常關(guān)鍵。獲取新冠病毒的S蛋白與ACE2蛋白的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，將有助于理解新冠病毒對比SARS病毒與ACE2結(jié)合的差異，以及新冠病毒的S蛋白與ACE2 結(jié)合時的存在狀態(tài)，因此，新冠病毒的S蛋白與ACE2蛋白的復(fù)合物結(jié)構(gòu)為進一步精確地疫苗設(shè)計以及抗病毒藥物的發(fā)現(xiàn)提供了重要的結(jié)構(gòu)生物學(xué)基礎(chǔ)。
ACE2和B0AT1復(fù)合物的電鏡圖。PD（肽酶結(jié)構(gòu)域，peptidasedomains）和CLD（Collectrin樣域，Collectrin-like domain）。
此前，美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Jason S. McLellan研究組在Science雜志正式發(fā)表文章，他們利用冷凍電鏡技術(shù)分析了2019-nCoV表面S蛋白的近原子結(jié)構(gòu)。于此同時，西湖大學(xué)周強實驗室利用冷凍電鏡技術(shù)成功解析此次新冠病毒的受體ACE2的全長結(jié)構(gòu)，這是世界上首次解析出ACE2的全長結(jié)構(gòu)。
他們又進一步解析出了 ACE2 全長蛋白與新冠病毒 S 蛋白受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，整體分辨率 2.9 埃（埃，1 埃等于 0.1 納米），其中 S 蛋白受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域部分的分辨率為 3.5 埃。對于病毒識別至關(guān)重要的胞外結(jié)構(gòu)域分辨率為2.7埃。3埃以內(nèi)的電子密度圖可以很清楚的確定側(cè)鏈構(gòu)象，側(cè)鏈之間的鹽鍵，氫鍵等相互作用。
ACE2-B0AT1復(fù)合物的冷凍電鏡密度圖。
在形態(tài)上，新冠病毒的 S 蛋白像一座橋橫跨在 ACE2 表面，又像病毒的一只手，緊緊抓住 ACE2，這一點與 SARS 病毒很相似。新冠病毒 S 蛋白的受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域與 SARS 病毒的序列也非常像，相似性達到 82%。
RBD與ACE2的相互作用示意圖。
進一步分析，研究人員可以看到新冠病毒表面的 S 蛋白到底是由哪些氨基酸與ACE2 相互作用?？梢钥吹?，對比此前已經(jīng)解析出來的 SARS 病毒與 ACE2 的相互作用，新冠病毒 S 蛋白有一部分氨基酸殘基發(fā)生了較大改變。這也許可以解釋為什么新冠病毒和 SARS 與 ACE2 的結(jié)合能力不一樣，這種結(jié)合能力可能影響了病毒的傳染力。
RBD-ACE2-B0AT1復(fù)合物的冷凍電鏡密度圖，框內(nèi)為RBD與ACE2的相互作用界面。
而在這次研究的基礎(chǔ)之上，計算生物學(xué)的研究人員可以在此基礎(chǔ)上去構(gòu)建不同的模型，進而展開具有針對性的研究，判斷什么樣的突變可能會進一步提高 S 蛋白與 ACE2 的相互作用，從而設(shè)計針對 S 蛋白或者 ACE2 蛋白的藥物和抗體；又或者設(shè)計小分子破壞它們之間的相互作用。這些，都可以為藥物設(shè)計和檢測手段開發(fā)提供堅實的基礎(chǔ)。
為了支持新冠病毒的研究和治療診斷產(chǎn)品的開發(fā)，北京安必奇生物快速研發(fā)生產(chǎn)出新型冠狀病毒相關(guān)蛋白和抗體產(chǎn)品，覆蓋新冠病毒S蛋白、N蛋白和受體ACE2蛋白，滿足科學(xué)研究、檢測及中和抗體制備的需求。同時，我們提供其他冠狀病毒（SARS、MERS等）相關(guān)蛋白產(chǎn)品。
產(chǎn)品列表
| Cat# | Product name | Identity | Source |
| Spike-19V | Recombinant COVID-19 Spike protein S1 subunit RBD, Mouse IgG1 Fc-tagged |
S1(RBD)-mFc | HEK293 |
| Spike-190V | Recombinant COVID-19 Spike protein RBD, His-tagged |
S1(RBD)-His | HEK293 |
| Spike-191V | Recombinant COVID-19 Spike protein S1 subunit, His-tagged |
S1-His | HEK293 |
| Spike-192V | 2019-nCoV Recombinant COVID-19 Spike protein S1 subunit, Human IgG1 Fc-tagged |
S1-hFc | HEK293 |
| Spike-194V | Recombinant COVID-19 Spike protein (S1+S2 ECD), His-tagged |
S1+S2(ECD)-His | Baculovirus-Insect Cells |
| Spike-195V | 2019-nCoV Recombinant COVID-19 Spike protein S1 subunit, His-tagged |
S1-His | Baculovirus-Insect Cells |
| Spike-197V | Recombinant COVID-19 Spike protein (S2 ECD), His-tagged | S2(ECD)-His | Baculovirus-Insect Cells |
| N-127V | Recombinant COVID-19 N protein |
N-His | E.coli |
| N-196V | Recombinant COVID-19 Nucleocapsid protein, His-tagged | N-His | Baculovirus-Insect Cells |
| N01-128V | Recombinant COVID-19 N protein truncated N01, His-tagged |
N01-His | E.coli |
| N02-129V | Recombinant COVID-19 N protein truncated N02, His-tagged |
N02-His | E.coli |
| ACE2-736H | Recombinant Human ACE2, His-tagged |
ACE2-His | HEK293 |
| ACE2-68H | Recombinant Human ACE2, Fc-tagged |
ACE2-hFc | HEK293 |
| ACE2-185H | Recombinant Human ACE2, mouse IgG1 Fc-tagged | ACE2-mFc | HEK293 |
參考文獻
1. Yan R, Zhang Y, Li Y, et al. Structural basis for the recognition of the SARS-CoV-2 by full-length human ACE2[J]. Science, 2020.
2. Wrapp D, Wang N, Corbett K S, et al. Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation[J]. Science, 2020, 367(6483): 1260-1263