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研究成果

清华大学王新泉/张林琦解析新冠病毒Omicron变异株RBD与受体ACE2晶体结构

2021-12-28

清华大学生命学院、结构生物学高精尖创新中心、生物结构前沿研究中心王新泉和清华大学亚博全站手机网页登录张林琦实验室近日解析了Omicron变异株RBD与受体ACE2复合物的晶体结构,分辨率为2.8埃(图1)。为助力全球抗击Omicron的科学研究和防治政策,现将刚刚获得的新冠病毒Omicron RBD与人ACE2复合物晶体结构向全世界科学家和社会公开,相关的三维空间坐标可以通过以下链接下载:https://www.jianguoyun.com/p/DaqWaw8Q3MX2BhjhrKME

新冠疫情已持续两年,传播性、致病性和免疫逃逸增强的值得关注变异株(Variants of Concern, VOC)不断出现,给全球疫情防控带来极大不确定性。最新出现的Omicron变异株在刺突蛋白上出现了32处突变,突变数量前所未有,引起了全球的广泛关注。其中在关键的受体结合区域(receptor-binding domain,RBD)的突变数量高达15个,而在RBD上beta变异株只有3处突变,delta变异株只有2处。

新冠疫情爆发以来,清华大学生命学院、结构生物学高精尖创新中心、生物结构前沿研究中心王新泉和清华大学亚博全站手机网页登录张林琦实验室在刺突蛋白结构与功能关系、中和抗体表位与作用机制等方向紧密合作,取得了一系列重要研究成果。Omicron变异株出现后,两个实验室再一次联手,并与清华大学蛋白质研究技术中心X射线晶体学平台、上海同步辐射光源、清华大学化学系刘冬生实验室通力合作,解析了Omicron变异株RBD与受体ACE2复合物的晶体结构,分辨率为2.8埃(图一)。初步结构分析表明RBD上477、493、496、498、501和505位点的氨基酸残基突变影响了与ACE2的作用,尤其是G496S、Q498R和N501Y三个突变集中影响了与ACE2的作用,R498和S496与ACE2上D38形成了新的盐键和氢键相互作用。初步生化分析表明,Omicron变异株RBD与ACE2结合能力略有增强,RBD与ACE2的结合力从野生株的7.5 nM变化为Omicron变异株的3.5 nM(图二)。Omicron变异株RBD与受体ACE2复合晶体结构的解析,为我们深入研究Omicron突变株感染、传播和免疫逃逸提供了重要的结构信息,也为新型疫苗设计提供了重要的参考和指导。

刘冬生实验室利用基因合成新技术快速合成了RBD基因片段,蛋白质研究技术中心X射线晶体学平台范仕龙为晶体生长提供了技术支持,衍射数据在上海同步辐射光源BL02U1线站收集。

图1:左图:Omicron RBD与受体ACE2复合物的晶体结构。右图:Omicron RBD三个氨基酸突变(G496S、Q498R和N501Y)集中影响与ACE2的相互作用。

图2:左图:细胞表面野生株(WT)和Omicron变异株刺突蛋白与ACE2结合能力的变化。结合百分比从21.6增加到28.5。右图:野生株和Omicron变异株RBD与ACE2结合能力的变化,平衡解离常数KD从野生株的7.5 nM变化为Omicron变异株的3.5 nM

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