1.简介
最近的严重急性呼吸综合征(SARS)疫情是新兴病毒病原体的一个真实范例,也是全球协调努力控制严重病毒爆发的一个例子,这是对科学界反应时间的一次考验。首批严重急性呼吸系统综合征病例起源于中国东南部的广东省。报告的病例数量和我们目前对这种疾病的了解仍在发展,但一些基本事实已经得到了牢固的证实。SARS的病原体是一种阳性标记的RNA病毒,属于冠状病毒科该家族及其基因组与先前鉴定的冠状病毒(包括另外两种人类冠状病毒)有很大不同等。, 2003
; 克西亚泽克等。, 2003
; 德罗斯滕等。, 2003
; 斯奈德等。, 2003
). 该病毒目前已被接受,其名称为SARS-CoV,主要通过呼吸道传播。然而,也有证据表明存在二级法科-口腔传播途径。该病毒株可能主要感染亚洲市场上交易的野生动物,并越过物种屏障感染人类。
迄今为止,还没有针对这种药物的疫苗和预防或治疗治疗。预防性治疗有助于对抗疫情;防止病毒传播的唯一有效措施是隔离所有接触SARS-CoV的人。用于治疗RNA病毒感染患者的抗病毒分子数量非常少。因此,重要的是为大量RNA病毒寻找有效的抗病毒药物,同时优先考虑通过呼吸道传播的病毒,因为它们最有可能引发大流行疫情。
科学界已迅速有效地作出反应,以确定和表征这种新的传染源,并制定SARS-CoV检测和遏制协议的方法。与此同时,正在广泛努力设计抗SARS-CoV的药物。利巴韦林曾在没有其他候选药物的情况下使用,但其对SARS-CoV的固有效率似乎很低(科伦等。, 2003
).
要选择对病毒病原体有效的药物,通常需要筛选候选药物,以确定其在病毒感染细胞培养和/或动物模型中的疗效。然而,在当前治疗丙型肝炎病毒(HCV)感染药物的研究中,引入了一种新的有希望的方法。HCV的RNA依赖性RNA聚合酶已被纯化和结晶,酶测试已被用于寻找有效的病毒核苷和非核苷抑制剂,其结构-活性关系允许进一步测试和临床开发(de Francesco等。, 2003
). 由于新技术和技术发展的力量不断增强,这一方法的势头越来越大。其中,基因组学方法正在被用于解决临床相关蛋白质大集合的晶体结构,这将成为未来结构-功能关系研究的主题。
A类晶体结构尚未确定28种预测的成熟严重急性呼吸系统综合征冠状病毒蛋白中的任何一种。这个晶体结构传染性胃肠炎病毒主要(或3CL)蛋白酶的一种相关冠状病毒已被确定,并被用于构建SARS-CoV 3CL蛋白酶的模型,促进针对这一重要靶点的未来药物设计(Anand等。, 2003
). 假定的冠状病毒RNA依赖性RNA聚合酶已被纯化,但没有活性在体外(格罗辛格等。, 1996
).
在此背景下,我们开发了SARS-CoV全基因组方法,旨在确定晶体结构所有SARS-CoV蛋白。我们预计这将极大地促进药物设计以及与这些复杂病毒生物学相关的许多其他方面的研究。冠状病毒是具有正极性单链RNA基因组的包膜病毒(Lai&Holmes,2001
). 他们的基因组长度在27至31.5kbp之间,是已知最大的RNA病毒。与其他冠状病毒一样,已知SARS-CoV基因组编码两种大型复制酶多蛋白(ORF1a和ORF1ab蛋白),它们被内部病毒加工成一组成熟的非结构蛋白(Nsps)蛋白酶(斯奈德等。, 2003
). 许多此类产品的功能,如Nsp9–Nsp10多肽由ORF1a编码的多聚蛋白的C末端结构域产生,目前尚不清楚。在相关的小鼠肝炎病毒(第2组冠状病毒)中,SARS-CoV Nsp9对应于一个12kDa裂解产物(P1a-12),该裂解产物优先存在于受感染细胞的核周区,与病毒复制复合体(Bost等。, 2000
). 到目前为止,还没有任何关于Nsp9等同于任何冠状病毒的功能的线索。在这里,我们报告了SARS-CoV Nsp9蛋白的克隆、表达、纯化和结晶,这是一种113-残留蛋白(图1
),这是第一个结晶的SARS-CoV蛋白。
| 图1 SARS-CoV Nsp9蛋白序列与牛冠状病毒(BCV)和传染性胃肠炎病毒(TGV)序列的比对。保存的残留物以黑色背景进行识别。同源残留物装箱。 |
2.材料和方法
2.1. 感染和RNA分离
Vero细胞感染SARS-CoV(法兰克福-1株;NCBI登录号AY291315;Drosten等。, 2003
)感染倍数为0.01。细胞病变开始时(感染后约40小时),细胞内RNA在室温下用5%十二烷基硫酸锂在LET缓冲液(100 mM(M)氯化锂,1米M(M)EDTA,10米M(M)Tris–HCl pH 7.4),含20µg ml−1使用注射器剪切细胞DNA后,将裂解物在315 K下培养15分钟,用苯酚(pH 4.0)和氯仿萃取,并将RNA乙醇沉淀。用引物SAV009(5′-GGACAGCAACCGCTGGACAATC-3′)反转录获得cDNA,补充核苷酸使用Thermoscript逆转录酶(Invitrogen)对法兰克福1号染色体组的13644–13665进行分析。
2.2. 亚克隆,大肠杆菌蛋白质表达与纯化
使用两个含有Gateway重组系统(Invitrogen)attB位点的引物,从上述cDNA中通过PCR扩增SARS-CoV Nsp9编码序列。在该基因的5′端,附加了一个编码六组氨酸标签的序列。然后在pDest14质粒(Invitrogen)中亚克隆该cDNA。通过测序检查最终构建物的开放阅读框(称为pDest14/Nsp9-HN,编码SARS-CoV或f1a多蛋白残基4118-4230的N末端His标记版本)(MilleGen,Toulouse,France)。表达式在中执行大肠杆菌用pLysS质粒(Novagen)转化C41(DE3)菌株(Avidis SA,法国)。该质粒携带溶菌酶基因,可以对表达进行严格调控,并为六种罕见密码子提供tRNA,这些密码子在大肠杆菌培养物在310 K下生长至OD600达到0.6,然后在冰上储存2h;添加2%乙醇诱导应激伴侣(Gong&Shuman,2002)
). 通过添加50µM(M)IPTG和细胞在290 K下培养16 h。通过离心收集细胞,将细菌颗粒重新悬浮并冷冻在50 m内M(M)Tris–HCl,150米M(M)氯化钠,10米M(M)咪唑,pH 8.0。
用0.25 mg ml解冻细胞悬液−1溶菌酶,0.1µg ml−1DNase和20 mM(M)硫酸镁4并在12000下离心克将上清液涂在与FPLC系统相连的镍亲和柱上(Amersham Pharmacia Biotech)。用50 m洗脱蛋白质M(M)Tris–HCl,150米M(M)氯化钠,250米M(M)pH 8.0的咪唑,然后施加到制备的Superdex 200凝胶过滤柱上,在10m内进行预平衡M(M)Tris–HCl,300米M(M)氯化钠pH 8.0。重组蛋白经N末端测序鉴定,质谱学,动态光散射(DLS)和圆二色性(CD)。
2.3. 蛋白质特性
使用Dynapro微量取样器(蛋白质溶液),使用5.8 mg ml的蛋白质溶液进行DLS−110米M(M)Tris–HCl,300米M(M)氯化钠pH 8.0。使用0.1 mg ml的蛋白质溶液,在JASCO J810光谱仪上记录最终纯化产品的CD光谱(185 nm至260 nm)−1在pH 7.0的磷酸钠缓冲液中,含有25 mM(M)氯化钠。
2.5. 数据收集
晶体在硅油DC200的纯溶液中进行低温冷却。他们使用Quantum ADSC Q4R探测器在束线ID14-EH1、ESRF、Grenoble处暴露。共记录了110个1°振动,晶体到探测器的距离为180 mm,每帧采集时间为9 s。衍射数据与DENZO公司(Otwinowski&Minor,1997年
)并减少了标量(合作计算项目,第4期,1994年)
).
3.结果和讨论
3.1.大肠杆菌蛋白质表达与纯化
我们在Gateway系统中亚克隆了35个严重急性呼吸系统综合征冠状病毒靶点,包括20个全长蛋白和15个蛋白结构域。迄今为止,已经生成了70个结构体,其中28个表达,14个可溶,5个纯化。其中四个导致了小晶体,其中包括本报告中描述的Nsp9蛋白。硒代蛋氨酸取代的Nsp9的表达是使用蛋氨酸生物合成途径抑制的方法进行的(Doublié,1997
). 硒代蛋氨酸蛋白的纯化如上所述进行,并且晶体优化正在进行中。
3.2. 数据收集和整理
Nsp9晶体在ID14-EH1衍射至2.8°(ESRF,格勒诺布尔)。数据集成和缩减表明它们属于P(P)622空间组。 R(右)sym(对称)为5.3%,考虑到数据的冗余性,这是一个很好的值(表1
). 沿c(c)轴(00我),表示空间组是其中之一P(P)6122或其对映体 P(P)6522.单元间参数为一=b条= 89.7,c(c)=136.7º,这导致V(V)M(M)值3.1Ω三 Da公司−1(60%溶剂)中含有两个分子非对称单元(马修斯,1968年
). 观察到的中心或非中心强度分布与理论曲线重叠,表明四面体孪晶,通常在三角或六角晶体中观察到的特征并不存在。
“空间”组 | P(P)61/522 | 单位-细胞参数(Ω) | 一=b条= 89.7,c(c)= 136.7 | 光束线 | ESRF的ID14-EH1(λ= 0.934 Å) | 分辨率(Ω) | 26.0–2.8 (2.94–2.8) | R(右)sym(对称)(%) | 5.3 (28.1) | 我/σ(我) | 9.9 (2.5) | 反射次数 | 90899 (11486) | 无独特反射 | 8395 (1166) | 完整性 | 98.7 (98.7) | 多重性 | 10.8 (9.9) | | |
致谢
本研究由欧盟第六届PCRDT的SPINE项目(QLRT-2001-00988)、法国基因组计划和Bouches-du-Rhone委员会资助。我们感谢H.W.Doerr和H.Rabenau(德国法兰克福-缅因州约翰·沃尔夫冈·歌德大学医学病毒学研究所)为我们提供病毒,感谢P.Bredenbeek、S.Gorbalenya和W.Spaan为我们提供技术援助和有益的讨论/建议。
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