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短尾噬菌體T7非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)（PNAS 2021, 118: e2102003118）

（供稿 物理與電子科學(xué)學(xué)院）9月10日，美國(guó)科學(xué)院院刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS)在線(xiàn)發(fā)表了物電學(xué)院劉紅榮教授團(tuán)隊(duì)與合作者的研究論文“Structural changes in bacteriophage T7 upon receptor-induced genome ejection”。該研究利用冷凍電鏡單顆粒技術(shù)與對(duì)稱(chēng)失配三維重構(gòu)方法解析了短尾噬菌體T7病毒成熟態(tài)和釋放態(tài)的非對(duì)稱(chēng)原子結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)原位展示了6次對(duì)稱(chēng)的噴嘴蛋白gp12、6次對(duì)稱(chēng)的尾絲蛋白三聚體gp17、12次對(duì)稱(chēng)的門(mén)戶(hù)蛋白gp8及連接蛋白(gp11)、8次對(duì)稱(chēng)的核心蛋白gp15、4次對(duì)稱(chēng)的核心蛋白gp16及5次對(duì)稱(chēng)的衣殼蛋白gp10組成的復(fù)雜尾部結(jié)構(gòu)，闡明了不同狀態(tài)下T7噬菌體各蛋白分子之間復(fù)雜的相互作用及從成熟態(tài)到釋放態(tài)的構(gòu)象變化，進(jìn)一步揭示了短尾噬菌體基因組釋放的分子機(jī)制。

噬菌體作為模式生物被廣泛應(yīng)用于病毒組裝、基因組包裝與釋放等研究；由于噬菌體能感染細(xì)菌后裂解細(xì)菌，近年來(lái)其作為一種抗生素的可能替代品而越來(lái)越受到重視。對(duì)噬菌體結(jié)構(gòu)的研究對(duì)于理解其功能及應(yīng)用具有重要意義。迄今為止，科學(xué)家利用冷凍電鏡技術(shù)對(duì)噬菌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了廣泛而深入的研究，但由于噬菌體特殊的尾部結(jié)構(gòu)，絕大多數(shù)研究?jī)H限于其二十面體對(duì)稱(chēng)的衣殼，原位的非對(duì)稱(chēng)高分辨重構(gòu)一直是該領(lǐng)域的瓶頸。

2020年，劉紅榮教授團(tuán)隊(duì)及合作者發(fā)展了冷凍電鏡對(duì)稱(chēng)失配重構(gòu)和局部重構(gòu)等方法，原位解析了噬菌體T7包裝態(tài)和成熟態(tài)門(mén)戶(hù)蛋白和尾部蛋白的近原子分辨率三維結(jié)構(gòu)，研究成果發(fā)表于Protein & Cell (2020; 11: 374-379)。目前，該團(tuán)隊(duì)原位解析了噬菌體T7包裝態(tài)、成熟態(tài)、釋放態(tài)等不同狀態(tài)下各對(duì)稱(chēng)失配蛋白分子原子結(jié)構(gòu)，展示了T7噬菌體非對(duì)稱(chēng)原子結(jié)構(gòu)，為相關(guān)的功能與應(yīng)用研究提供了精準(zhǔn)豐富的結(jié)構(gòu)信息。

我校博士后陳文沅、我校與中國(guó)疾病預(yù)防控制中心病毒病預(yù)防控制所聯(lián)合培養(yǎng)博士生肖浩、中科院微生物所的王麗博士為本文共同第一作者，宋敬東、劉紅榮、程凌鵬三人為論文的共同通信作者，我校生命科學(xué)學(xué)院劉中華教授等參與了本項(xiàng)研究工作。該工作獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、湖南省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

同期，國(guó)際上其他團(tuán)隊(duì)也在PNAS、Molecular Cell上發(fā)表了噬菌體T7在體外純化的核心蛋白復(fù)合物gp15-gp16近原子分辨三維結(jié)構(gòu)。

相關(guān)論文鏈接：

https://www.pnas.org/content/118/37/e2102003118

http://www.protein-cell.org/en/article/doi/10.1007/s13238-020-00715-9

https://www.pnas.org/content/118/34/e2026719118

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34214465/

責(zé)編：馬鐵泉

審核：段巍