NMR光谱显示胆固醇分子如何与流感蛋白结合

使用称为固态核磁共振（NMR）光谱的技术，MIT团队发现，两种胆固醇分子与宿主细胞中称为M2的流感蛋白质结合。分子配置在细胞膜内产生夸张的楔形形状，其弯曲和缩小萌芽病毒的颈部，直到颈部断裂。

在流感病毒感染宿主细胞并劫持其内部工作以创建本身的副本，这些副本聚集成病毒芽，从宿主细胞再次脱离，以再次感染。麻省理工学院的一项新研究现在提供了清晰的图片，其中芽如何从宿主细胞膜夹出来。

使用称为固态核磁共振（NMR）光谱的技术，MIT团队发现，两种胆固醇分子与称为M2的流感蛋白质结合，以从其宿主中切断病毒芽。分子配置在细胞膜内产生夸张的楔形形状，其弯曲和缩小萌芽病毒的颈部，直到颈部断裂。

虽然先前的研究表明，M2在萌芽期间的作用依赖于细胞膜中的胆固醇浓度，但新的研究证明了胆固醇在释放病毒时的确切作用。

虽然团队在他们的研究中重点关注流感蛋白质，“我们认为，通过这种方法我们已经开发出来，我们可以将这种技术应用于许多膜蛋白质，”这篇论文的化学教授和高级作者Mei Hong说，出现在国家科学院的诉讼程序中。

洪说，分别在阿尔茨海默病和帕金森病中涉及阿尔茨海默病和帕金森病的淀粉样蛋白前体蛋白和α-突触核蛋白在其脂肪层中含有胆固醇的蛋白质中。

“由人类基因组编码的约30％的蛋白质与细胞膜相关，因此您谈到了与胆固醇的大量直接和间接的相互作用，”她指出。“现在我们有一种研究蛋白质胆固醇结合结构的工具。”

动态挑战

早期的成像和实验研究表明，流感的M2蛋白是病毒萌发所必需的，并且萌芽最佳地在含有特定浓度的胆固醇的细胞膜中工作。“但我们很好奇，”洪说，“关于胆固醇分子是否实际结合或与M2相互作用。这是我们对固态NMR的专业知识的地方。“

NMR使用原子核的磁性特性来揭示含有这些核的分子的结构。该技术特别适合研究胆固醇，“这一般难以测量分子水平，因为它与许多蛋白质相互作用，以及我们观察到它的细胞膜也是动态和紊乱的。 “洪说。

NMR技术允许洪和她的同事在膜中的自然环境中解别胆固醇，在那里我们在自然环境中也有蛋白质M2，“她说。然后，该团队能够测量胆固醇原子和M2蛋白中原子之间的距离，以确定胆固醇分子如何结合M2，以及细胞膜层内的胆固醇的取向。

“使用高度复杂的固态NMR方法，Mei Hong的团队表明，可以确定胆固醇分子和骨架原子之间的准确距离和M2蛋白的侧链原子，从而确定胆固醇/ m2相互作用，” Markus Zweckstetter是Max Planck生物物理化学研究所的一名研究组领导者，他们没有参与该研究。“因为膜蛋白是许多药物和胆固醇的靶标，影响这些蛋白质的结构和功能，所以Mei Hong的团队描述的方法是一个很大的突破，并为理解胆固醇和更一般膜组成的相互作用和功能奠定了基础。在健康和疾病中起关键作用的膜蛋白质的膜蛋白质。“

胆固醇和膜曲率

胆固醇均匀分布在整个细胞膜中 - 富含胆固醇的“筏”以及较少的富集区域。M2蛋白倾向于在膜中的筏子和非植物区域之间的边界处定位，其中萌芽病毒可以用胆固醇来构建其病毒包络。

在萌芽的颈部观察到的配置：连接到M2的两种胆固醇分子 - 在细胞膜内层内产生显着的楔形形状。楔形在萌芽的颈部产生鞍形曲率，这是切断膜的萌芽颈部并释放病毒。

洪说，新发现对疫苗化或治疗流感没有任何直接影响疫苗或治疗流感。

该研究由美国国立卫生研究院资助。

出版物：Matthew R. Elkins等人。，“来自固态NMR的脂质双层流感M2蛋白的胆固醇结合位点”，PNAS，2017; DOI：10.1073 / pnas.1715127114