科學家在原子水平下成功解析誘發朊病毒病關鍵蛋白的特殊結構

最近，一項刊登在國際雜志Nature Communications上的研究報告中，來自俄亥俄州立大學(The Ohio State University)的研究人員對一種能誘發人類出現遺傳退行性大腦疾病的特殊蛋白進行了研究，結果發現，人類、小鼠及倉鼠機體中擁有幾乎完全相同氨基酸序列的蛋白質實際上在原子水平下會表現出不同的三維結構。

這種蛋白質會引發家族性腦淀粉樣血管病（CAA），而這項研究中研究人員**在三種不同物種中檢測了這種特殊蛋白的結構。研究者Christopher Jaroniec表示，這項研究強調了一個事實，即單一氨基酸的微小改變會誘發蛋白家族中不同蛋白的結構和功能之間出現深遠的差異。這些蛋白質的結構和傳遞特性會出現一些大規模的差異，而這似乎是由一系列碳原子和氫原子位置上發生的一些看似微不足道的差異所引起的。

這項研究并未形成治療或檢測CAA的新方法，而研究人員利用這些蛋白質作為模型來研究為何在不同物種之間會發生朊病毒病的傳播，文章中，研究者利用固體核磁共振光譜技術（NMR）對和朊病毒病相關的蛋白質的結構進行了成像及分析。研究者表示，在機體中，和CAA相關蛋白質分子會在大腦的血管壁中形成斑塊，但研究人員卻并未詳細闡明這些斑塊的分子結構，2008年，研究人員通力合作對相關的朊病毒蛋白突變體進行了初期的固態研究，最后將發揮功能的可能關鍵氨基酸數量縮小到了大約30個。

如今，研究者發現，編碼為139號的單一氨基酸或許就是關鍵，其能夠幫助朊病毒蛋白突變體采用“人類樣”的結構而不是“倉鼠樣”結構；而另外一種編號為122的氨基酸則會指導人類和小鼠機體中相同版本的蛋白質之間出現結構性的差異，同時研究者還發現，這兩種氨基酸似乎還會引發相同蛋白質序列內部出現結構特殊的“朊病毒株”序列。

我們所熟知的朊病毒病包括牛海綿狀腦病（瘋牛病）和人類克雅氏病等疾病，這些疾病都非常難以治療，而且致死率極高，有些疾病甚至可以傳播；研究者指出，斑塊內大腦朊病毒蛋白所采用的特殊結構被認為對于不同宿主之間疾病傳播以及引發疾病非常重要。最后研究者Jaroniec表示，目前我們的研究人員正在進行深入研究來解析和家族性CAA相關的朊病毒蛋白突變體的高分辨率分子結構，目的就是對疾病傳播背后的因素進行深入完全的理解，而當前研究向這這一目標又邁進了一步。研究人員希望未來其他科學家們或許也能利用類似的方法學來揭示朊病毒疾病傳播的結構基礎和新型分子機制。

原始出處：

Theint Theint, Philippe S. Nadaud, Darryl Aucoin, et al. Species-dependent structural polymorphism of Y145Stop prion protein amyloid revealed by solid-state NMR spectroscopy. Nature Communications 8, Article number: 753 (2017) doi:10.1038/s41467-017-00794-z