1. Author
Robert A. Lamb是西北大學分子生物科學系教授、西北大學醫(yī)學院微生物學免疫學教授和霍華德休斯醫(yī)學研究所研究員。他在英國伯明翰大學獲得了生物化學學士學位，在劍橋大學獲得了博士和理學博士學位毡代。他來到美國，在洛克菲勒大學與Purnell Choppin做博士后工作，后來在加入西北大學之前苗沧，他成為了那里的一名教員。他的榮譽包括連續(xù)獲得美國國立衛(wèi)生研究院MERIT獎炭晒。他曾任美國病毒學學會主席待逞。蘭姆博士是美國國家科學院院士和美國藝術與科學院院士。
2. Background
副粘病毒科是有包膜病毒网严，其中包括腮腺炎病毒识樱、麻疹病毒、仙臺病毒震束、新城疫病毒 (NDV)怜庸、人類呼吸道合胞病毒 (RSV)、副流感病毒 5 (SV5) 和人類副流感病毒1-4 (hPIV)? )垢村，該病毒家族的許多成員是重要的人類和動物病原體割疾，并且已鑒定出新出現(xiàn)的致命副粘病毒。
副粘病毒與其他包膜病毒（例如流感病毒和艾滋病毒）一樣嘉栓，需要病毒和細胞膜融合才能進入宿主細胞宏榕。 兩種病毒糖蛋白是該過程的關鍵：可變附著蛋白（HN、H 或 G）和更保守的融合 (F) 蛋白侵佃。 附著蛋白與不同的細胞受體相互作用麻昼。 例如，SV5 HN 蛋白結(jié)合唾液酸趣钱，麻疹病毒 H 蛋白與 CD46 或 CDw150/SLAM 相互作用涌献，尼帕病毒和亨德拉病毒 G 蛋白與肝配蛋白 B2 結(jié)合，RSVG 蛋白結(jié)合硫酸肝素首有。 盡管細胞受體不同燕垃，但在大多數(shù)副粘病毒中枢劝，需要同型附著蛋白才能在正確的時間和正確的位置觸發(fā) F 介導的膜融合。? F不會被內(nèi)體中的低 pH 值激活卜壕。
F被認為通過將不可逆蛋白質(zhì)重折疊與膜并置耦合來驅(qū)動膜融合您旁，首先折疊成亞穩(wěn)態(tài)形式，隨后經(jīng)歷離散構(gòu)象變化至較低能量狀態(tài)轴捎。F 組裝成被蛋白水解切割的同源三聚體鹤盒，啟動蛋白質(zhì)進行膜融合，類似于流感病毒血凝素 (HA) 和其他 I 類病毒融合蛋白侦副，如 HIV Env侦锯、埃博拉病毒 GP 和 SARS 冠狀病毒 S。未切割的前體 (F0) 被加工成較大的羧基末端片段 (F1) 和較小的氨基末端片段 (F2)秦驯。? F1在其 N 末端含有一個疏水性融合肽和兩個疏水性七肽重復區(qū)域（HRA 和 HRB）尺碰。HRA 緊鄰融合肽，HRB 緊鄰跨膜結(jié)構(gòu)域译隘，兩者間隔約 250 個殘基亲桥。
激活后，F(xiàn) 將其融合肽插入靶膜固耘，形成可被 HRA 和 HRB 衍生肽抑制的中間體题篷。 隨后，HRA 和 HRB 重新折疊并組裝成六螺旋束 (6HB)厅目，將融合肽和跨膜結(jié)構(gòu)域置于鄰近位置番枚。6HB 結(jié)構(gòu)被認為代表了膜融合后蛋白質(zhì)的最低能量構(gòu)象。 我們之前報道了未切割的璧瞬、分泌的 hPIV3 F0 胞外域 (solF0) 的結(jié)構(gòu)户辫，在跨膜結(jié)構(gòu)域之前被截斷。出乎意料的是嗤锉，該結(jié)構(gòu)包含融合后6HB渔欢，表明不需要F蛋白裂解即可獲得融合后構(gòu)象。 目前尚不清楚 F 融合前和融合后構(gòu)象有多大差異以及它們?nèi)绾闻c膜融合相關瘟忱。DIII 的核心結(jié)構(gòu)元件充當 HRA 折疊的支架奥额，防止其組裝成融合后螺旋構(gòu)象。
3. Methods
1. F蛋白的表達純化
2. 結(jié)晶與結(jié)構(gòu)解析
4. Results
實驗團隊通過在N段增加一段GCNt模體來穩(wěn)定Prefusion構(gòu)象访诱，經(jīng)過改造后獲得了穩(wěn)定的Prefusion構(gòu)象蛋白并進行結(jié)構(gòu)解析垫挨。發(fā)現(xiàn)fusion peptide打開三聚體頭部，分離在融合后形式中觀察到的 DI 和 DII 之間的亞基間接觸触菜。F0 的蛋白水解切割可能使融合肽的 N 末端與 DII 產(chǎn)生額外的接觸并影響亞基間的相互作用九榔。在 F-GCNt 中未觀察到融合后 HRA 亞基間卷曲螺旋接觸。 相反，它們被 DIII 界面處的兩組六螺旋環(huán)取代哲泊。 為了形成 HRA 盤繞線圈剩蟀，DIII 必須旋轉(zhuǎn)并向內(nèi)塌陷，進一步壓縮頭部切威。在pre-fusion中育特，HRA 被分成四個螺旋、兩個 b 鏈和五個環(huán)先朦、扭結(jié)或轉(zhuǎn)角片段缰冤。 因此，HRA 的構(gòu)象變化涉及 11 個不同片段重新折疊成單個延伸的 a 螺旋構(gòu)象喳魏。 構(gòu)象變化還需要 HRB 柄的打開和易位棉浸。
此外HRA 圍繞 DIII 核心折疊。該核心包括三個反向平行的 b 鏈刺彩、HRC a 螺旋涮拗、HRA 的 C 端 h4 螺旋和一個螺旋束。 在prefusion中迂苛，HRA 圍繞 DIII 核心折疊。因此鼓择，將HRA折疊到DIII核心上不僅防止HRA卷曲線圈的形成三幻，而且還阻斷HRB接頭的這種相互作用。在 HRB 殘基 447 和 449 的疏水口袋附近包含一個3-4-4-4-3 stutter呐能。離子結(jié)合位點（N133和T158）分別位于螺旋h1和h2以及鏈b1和b2之間念搬。HRA stutter位于螺旋 h3 和 h4 之間的環(huán)中； T147 位于螺旋 h2 和鏈 b1 之間的環(huán)中摆出，與 6HB 中的 HRB 形成穩(wěn)定相互作用朗徊。?
此外，頭部結(jié)構(gòu)中嵌合了HRB 莖結(jié)構(gòu)的linker偎漫。這種對稱性的保守性以及頭部和莖部之間的相互作用使得 GCNt 的存在不太可能改變天然的 F 結(jié)構(gòu)爷恳。頭部底部的相互作用和 HRB 三螺旋束的穩(wěn)定性可能調(diào)節(jié) F 激活的早期步驟。 殘基 443象踊、447 和 449 的突變使prefusion構(gòu)象不穩(wěn)定温亲，并且預計會在融合前和融合后狀態(tài)中形成不同的相互作。S443 變?yōu)楦彼峥赡軙茐纳鲜鰵滏I網(wǎng)絡杯矩，從而使 F 不穩(wěn)定栈虚。? L447和 I449 突變?yōu)榉枷阕鍤埢矔茐娜诤锨皹?gòu)象的穩(wěn)定性，并且這些較大的氨基酸會破壞疏水接觸史隆。
5. Discussion
作者：Hsien-Sheng Yin
通訊作者：Robert A. Lamb
單位：Department of Biochemistry, Molecular Biology, and Cell Biology
年份：2006.1
期刊：Nature
科學問題 ：HPIV5的F蛋白結(jié)構(gòu)
結(jié)論：通過F-GCNt
pre-fusion和 solF0 post-fusion結(jié)構(gòu)實驗闡明離F介導的膜融合機制魂务。提出以下模型。 第一步，HRB 螺旋融合（開放莖形式）粘姜，破壞頭部底部的相互作用鬓照，但使 HRA 處于融合前構(gòu)象。殘基 443相艇、447 和 449 的突變將影響pre-fusion莖和頭結(jié)構(gòu)域之間的穩(wěn)定進來影響該中間體的形成颖杏。 HRA 衍生肽與內(nèi)源性 HRB 片段結(jié)合，抑制融合途徑中的早期中間體坛芽，而 HRB 衍生肽則通過結(jié)合內(nèi)源性 HRA 卷曲線圈來抑制后期中間體留储。HRB 莖的打開可以通過影響 DII 和融合肽（通過 HRB 連接體）的包裝以及構(gòu)象轉(zhuǎn)變過程中頭部亞基穩(wěn)定性來引發(fā) F 的進一步變化。第二步咙轩，開放莖中間體之后DIII 的重新折疊获讳、HRA 卷曲螺旋的組裝以及融合肽向靶細胞膜的易位。 從亞基間界面去除融合肽將使 DII 向內(nèi)擺動活喊，并與相鄰亞基的 DI 形成新的接觸丐膝，從而壓縮頭部。DIII 核心使HRB的最終定位钾菊。 第三步帅矗，6HB的組裝完成了構(gòu)象變化和膜合并。 雖然膜融合活性需要 F 蛋白的蛋白水解切割煞烫，但融合后構(gòu)象的形成顯然不需要 F 蛋白的蛋白水解切割浑此。F 結(jié)構(gòu)變化與流感病毒 HA12 中觀察到的變化非常不同，流感病毒 HA12 是具有融合前和融合后結(jié)構(gòu)的I 類病毒融合蛋白滞详。 然而凛俱，通過比較 F 和 HA 融合蛋白，出現(xiàn)了新的觀念：首先料饥，在亞穩(wěn)態(tài)下蒲犬，N 端（融合肽近端）HRA 片段被阻止組裝成融合后卷曲的結(jié)構(gòu)。其次岸啡，融合肽最初埋藏在亞基界面處原叮，在融合前和融合后狀態(tài)之間經(jīng)歷大的重組； 第三巡蘸，HRA的重折疊使融合肽遠離跨膜錨和病毒膜的初始位置篇裁； 最后，由于缺乏 HRA 卷曲螺旋以及融合前構(gòu)象中存在的其他抑制性結(jié)構(gòu)元件赡若，C 端 HRB 區(qū)域無法采用其最終狀態(tài)达布。 對于 HIV Env，人們很容易推測 gp120“內(nèi)部”結(jié)構(gòu)域在自由狀態(tài)和受體結(jié)合狀態(tài)之間切換構(gòu)象逾冬，可以通過調(diào)節(jié) HIV gp41 的 HRA 片段的折疊來發(fā)揮與 F DIII 核心類似的作用黍聂。 用GCNt 穩(wěn)定融合前 F 構(gòu)象的策略可能對于闡明其他病毒融合蛋白機制很重要躺苦。
