1.简介
埃博拉病毒能够引起一种表现为严重出血热的疾病,病死率高达90%(1976年扎伊尔埃博拉出血热, 1978). 虽然疫情一般在地理上是孤立的,但2014-2015年的疫情造成了28起以上疫情 000例并在国家之间传播(赫西等。, 2015). 埃博拉病毒是一种非片段化的负义RNA病毒,其RNA基因组在病毒的整个生命周期中都被病毒核蛋白(NP)包裹。这种蛋白-RNA复合物作为额外病毒蛋白的支架,包括病毒聚合酶,以进行病毒转录和复制。RNA、核蛋白和这些额外的病毒蛋白的复合物形成核衣壳,是埃博拉病毒的结构组成部分。全长埃博拉病毒核蛋白长度为739个氨基酸。然而,N末端450氨基酸(NP 1–450)对于蛋白质来说是必要的和足够的齐聚和RNA结合(渡边等。,2006年),并且该蛋白质的N末端区域在病毒粒子中形成类似NP的螺旋丝(Bharat等。, 2012).
NP的行列式齐聚和RNA结合一直是一些结构研究的重点。晶体结构和氢/氘交换质谱法已经表明NP的N末端区域具有一个折叠的核,其两侧是无序区域(Kirchdoerfer等。, 2015; 梁等。, 2015). NP的折叠核具有N端和C端叶,主要是α-螺旋结构。埃博拉病毒NP的有效晶体结构均使用单体NP(Dong等。, 2015; 柯奇多尔等。, 2015; 梁等。, 2015). 在其中两个结构中,NP与病毒蛋白35(VP35;Kirchdoerfer)的肽结合等。, 2015; 梁等。, 2015). VP35肽的结合被认为对维持NP的单体状态和防止宿主RNA过早和非特异性包被很重要(Kirchdoerfer等。, 2015; 梁等。, 2015; 莱拉等。, 2011).
去除VP35肽后,NP齐聚成线性聚合物能够封装RNA。齐聚作用NP的N端和C端蛋白区域介导到两个折叠的NP 1–450核心(Kirchdoerfer等。, 2015; 梁等。, 2015). 这个齐聚NP引起两个叶之间的构象变化,为RNA创造高亲和力结合位点(Kirchdoerfer等。, 2015; 杉田等。,2018年). 埃博拉病毒核衣壳和埃博拉流感病毒NP 1–450的冷冻电子断层扫描(Cryo-ET)研究证明了NP丝的左手螺旋性质,以及NP的第一个结构证据齐聚调节NP单体之间接触的区域(Wan等。, 2017). 然而,这项早期低温-ET工作的有限分辨率使人们无法清楚地阐明NP之间以及与RNA之间的分子相互作用。最近使用单粒子低温电子显微镜(cryo-EM)对NP 1–450进行的研究确定,该螺旋丝的结构为3.6 分辨率(Sugita等。,2018年). 这种结构揭示了单体、伴侣NP和寡聚体、RNA-bound NP之间的分子相互作用和构象变化。这里,我们使用单粒子低温电子显微镜以3.1的改进分辨率测定了NP 1–450螺旋的结构 Å.
2.材料和方法
2.1. NP螺旋丝的表达
NP细丝的制备方法与之前描述的方法类似(Bharat等。, 2012). 0.5 将mg NP 1–450 pDisplay质粒稀释至20 ml Opti-MEM,然后通过0.22过滤 µm过滤器。在该溶液中添加1.5 mg聚乙烯亚胺(PEI)在5中 ml Opti-MEM。允许DNA–PEI复合物孵育20 min,然后添加到1 l 293F细胞,1.1×106 细胞 毫升−1生长在293Freestyle培养基中 我挡住了烧瓶。转染细胞在37°C和8%CO下培养2在130 转速 最小值−1对于48 小时。
2.2。NP螺旋丝的提纯
细胞在1000℃离心收集克用于15 分钟,然后在8分钟内再次悬浮 毫升25 米M(M)三氯化氢,150 米M(M)氯化钠,1 米M(M)氯化钙,5 米M(M) β-巯基乙醇。然后通过添加10 毫升25 米M(M)Tris–HCl pH 7.4,150 米M(M)氯化钠,1 米M(M)氯化钙,0.2%Igepal CA-630,5 米M(M) β-巯基乙醇。在3200℃离心澄清裂解液克对于20 最小值。
通过将清除的裂解物装载到5的双缓冲垫上,分离NP螺旋丝 ml 20%蔗糖和5 ml 90%蔗糖。蔗糖垫在超离心机中使用贝克曼SW28转子在28 000 转速 最小值−1对于3 h.蔗糖垫通过底部穿刺破碎,并手动收集~1的馏分 ml进行SDS–PAGE分析。将含有NP 1–450的组分透析至500 毫升25 米M(M)Tris–盐酸,150 米M(M)氯化钠,1 米M(M)氯化钙,5 米M(M) β-巯基乙醇使用1 MDa分子量切断透析管过夜,只需更换一次缓冲液即可去除蔗糖。三 然后将ml透析蛋白加载到两个不连续的氯化铯梯度中的一个梯度上,该梯度包含24个 毫升25%(w个/v(v))氯化铯和10 毫升60%(w个/v(v))氯化铯。氯化铯梯度在28时在SW28转子中旋转 000 转速 最小值−1用于4 h.在底管穿刺后手动分馏梯度,并在隔夜透析含有NP 1–450的组分以去除氯化铯之前用SDS–PAGE分析组分。
NP 1–450通过粒化透析蛋白(~3)进行浓缩 ml)至400 使用Beckman TLA100.3转子在48 000 转速 最小值−1对于1 h.颗粒在400年重新悬浮 25微升 米M(M)Tris–HCl pH 7.4,150 米M(M)氯化钠,1 米M(M)氯化钙,5 米M(M) β-巯基乙醇。测量再悬浮样品的紫外吸收率得出A类280第3.8页,带有A类260/A类280比率为1.8。
4.讨论
与其他非片段负义RNA病毒的核蛋白类似,埃博拉病毒核蛋白开始其生命,由VP35以单体形式伴随,然后转变为与病毒RNA结合的寡聚形式。这里,我们展示了寡聚RNA结合埃博拉毒核蛋白的高分辨率低温电子显微镜结构。从伴侣单体到寡聚体、RNA-结合形式的转变涉及广泛蛋白质-蛋白质界面的破坏和形成,这些界面与构象变化相耦合。从伴侣单体中去除VP35肽是这些变化的先决条件(Kirchdoerfer等。, 2015),尽管VP35是如何删除的体内尚不清楚,可能涉及其他细胞或病毒因子,如病毒聚合酶L。从NP中去除VP35后,NP N末端齐聚传入单体的区域和侧面NP能够与相邻的NP相互作用。C末端的后续折叠齐聚螺旋创造了一个疏水平台,通过其C端叶结合传入的NP。NP的C端螺旋的这种相互作用我−1带有NP的C端叶我导致NP的C端叶移动我朝向N末端叶,形成RNA-结合位点。以这种方式将单体NP添加到生长的低聚物中,可以使病毒RNA在5′至3′方向上被包裹,这一机制有助于病毒RNA的共复制包裹。与该模型相关的一个未知问题是,如何逆转这一过程,使病毒RNA暴露于RNA合成,因为核苷酸碱基当用NP包埋时,不能作为聚合酶模板。
3.1 这里介绍的分辨率结构概括了之前发布的3.6中观察到的特征 奥分辨率结构(Sugita等。,2018年)包括蛋白质与蛋白质和蛋白质与RNA的相互作用。改进的分辨率提供了蛋白质侧链和核苷酸碱基,阐明NP原生质体和RNA之间的分子接触。埃博拉病毒仍然是世界卫生安全的新威胁。应对这一威胁的关键是发现和评估新的治疗方法。与RNA结合的埃博拉病毒NP的高分辨率结构将更好地描述以病毒核衣壳组装为靶点的潜在抗病毒药物。
致谢
我们非常感谢Mark Herzik和Bill Anderson在显微镜校准和数据收集方面的帮助。特别感谢Sebastian Raemisch在使用Rosetta放松。我们也感谢查尔斯·鲍曼的计算支持。
资金筹措信息
这项工作由NIH/NIAID向RNK拨款AI123498,向EOS和ABW拨款AI118016。
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