近日，清華大學(xué)顏寧課題組與中國疾控中心、中科院微生物組高福院士課題組合作的一項最新成果，在世界上首次解析出NPC1蛋白的清晰結(jié)構(gòu)，并初步揭示了它的工作過程，從而為干預(yù)、治療罕見遺傳疾病“尼曼—皮克病”和埃博拉病毒打開了新大門。

    顏寧教授過去9年一直針對膽固醇代謝調(diào)控通路進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)與生物化學(xué)研究，高福院士一直從事包括埃博拉病毒在內(nèi)的重大傳染疾病相關(guān)病毒入侵機(jī)制的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究。他們合作的研究論文《NPC1蛋白介導(dǎo)膽固醇轉(zhuǎn)運和埃博拉病毒入侵的分子機(jī)制》，發(fā)表在5月26日的《細(xì)胞》雜志上。該論文在國際學(xué)術(shù)界首次報道了人源膽固醇轉(zhuǎn)運蛋白NPC1的4.4埃分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，并分析探討了NPC1和NPC2兩個蛋白協(xié)作介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)膽固醇轉(zhuǎn)運的分子機(jī)制，同時為理解NPC1介導(dǎo)埃博拉病毒入侵的分子機(jī)制提供了分子基礎(chǔ)。

    據(jù)悉，“尼曼—皮克病”是一類因為膽固醇、鞘磷脂等脂類代謝失常而導(dǎo)致的罕見遺傳疾病，目前還沒有有效的治療手段。NPC1異常是C型“尼曼—皮克病”的主要致病因素。過去近20年的遺傳和生化實驗發(fā)現(xiàn)，NPC1蛋白是膽固醇在人體細(xì)胞內(nèi)不可或缺的搬運工。如果NPC1發(fā)生突變，會導(dǎo)致膽固醇在溶酶體中的異常堆積，從而可能導(dǎo)致病人肝臟、腎臟、脾臟甚至腦部的脂類過量積累，造成這些器官發(fā)生病變，并可能致死。而要解開NPC1突變會使膽固醇不能正常代謝的謎團(tuán)，獲取NPC1的清晰結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵一步。

    據(jù)介紹，NPC1是一個由1278個氨基酸組成并含有13次跨膜螺旋的膜蛋白。由于它的分子量過小，而且十分不穩(wěn)定，利用電鏡對它進(jìn)行結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究是一個挑戰(zhàn)。在研究過程中，顏寧研究組開發(fā)了一種新型的“隨機(jī)相位3D分類”電鏡數(shù)據(jù)處理方法，從而將這一并不十分穩(wěn)定的單體膜蛋白結(jié)構(gòu)解析到4.4埃，并且在結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上通過生化分析初步揭示NPC1和NPC2相互識別轉(zhuǎn)運膽固醇的分子機(jī)制。此外，NPC1還是人體細(xì)胞內(nèi)的埃博拉病毒受體，在埃博拉病毒的入侵過程中發(fā)揮著不可替代的功能。顏寧課題組與高福課題組合作，解析出NPC1與GPcl結(jié)合體分辨率為6.6埃的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，從而為進(jìn)一步研究NPC1介導(dǎo)的埃博拉病毒入侵機(jī)制和如何通過破壞這一識別界面進(jìn)行干預(yù)提供了分子基礎(chǔ)。