新型冠状病毒 SARS-CoV-2 从患者体内分离出的 SARS-CoV-2 病毒颗粒的透射电子显微照片。图像在马里兰州德特里克堡的 NIAID 综合研究设施 (IRF) 拍摄并进行色彩增强。

　　SARS-CoV-2 病毒的基因组编码 29 种蛋白质，其中一种是称为 E 的离子通道。该通道传输质子和钙离子，诱导受感染的细胞发起炎症反应，损害组织并导致症状COVID-19。

　　麻省理工学院的化学家现在发现了这个通道“开放”状态的结构，它允许离子流过。这种结构与同一实验室在 2020 年报告的“关闭”状态结构相结合，可以帮助科学家弄清楚是什么触发了通道的打开和关闭。这些结构还可以指导研究人员开发阻断通道并帮助预防炎症的 抗病毒药物。

　　“E通道是一个抗病毒药物靶点。如果你能阻止该通道将钙输送到细胞质中，那么你就有办法减少病毒的细胞毒性作用，”麻省理工学院化学教授、高级研究员梅红说。该研究的作者。

　　麻省理工学院博士后 Joao Medeiros-Silva 是这项研究的主要作者，该研究发表在《科学进展》杂志上。麻省理工学院博士后 Aurelio Dregni 和 Pu Duan 以及研究生 Noah Somberg 也是该论文的作者。

　　打开和关闭

　　Hong在研究嵌入细胞膜的蛋白质结构方面拥有丰富的经验，因此当2020年COVID-19大流行开始时，她将注意力转向了冠状病毒E通道。

　　当 SARS-CoV-2 感染细胞时，E 通道将自身嵌入细胞膜内，该膜包围着称为内质网高尔基中间室 (ERGIC) 的细胞器。ERGIC 内部具有高浓度的质子和钙离子，E 通道将其转运出 ERGIC 并进入细胞质。质子和钙的流入导致称为炎症小体的多蛋白复合物的形成，从而诱发炎症。

　　为了研究离子通道等膜嵌入蛋白质，洪开发了利用核磁共振(NMR) 光谱来揭示这些蛋白质的原子级结构的技术。在之前的工作中，她的实验室使用这些技术发现了一种称为 M2 质子通道的流感蛋白的结构，该蛋白与冠状病毒 E 蛋白一样，由一束几个螺旋蛋白组成。

　　在大流行初期，洪的实验室使用核磁共振分析了中性 pH 条件下冠状病毒 E 通道的结构。据 2020 年报道，由此产生的结构由五个螺旋组成，这些螺旋紧密地捆绑在一起，似乎处于通道的关闭状态。

　　“到 2020 年，我们已经成熟了所有的 NMR 技术来解析膜中这种 α 螺旋束的结构，因此我们能够在大约六个月内解析闭合 E 结构，”洪说。

　　一旦建立了封闭结构，研究人员就开始确定通道开放状态的结构。为了诱导通道采取开放构象，研究人员将其暴露于酸性更强的环境以及更高的钙离子水平。他们发现，在这些条件下，通道的顶部开口(将延伸到ERGIC的部分)变得更宽并且覆盖有水分子。水层使通道更容易吸引离子进入。

　　该孔洞还含有带有亲水侧链的氨基酸，这些侧链悬挂在通道上，有助于吸引带正电的离子。

　　研究人员还发现，虽然封闭通道的顶部开口非常狭窄，底部开口较宽，但开放状态则相反：顶部较宽，底部较窄。底部的开口还含有亲水氨基酸，有助于吸引离子通过通道中间狭窄的“疏水门”，使离子最终进入细胞质。

　　在疏水门附近，研究人员还发现了一条紧密的“带”，它由三个副本的苯丙氨酸组成，苯丙氨酸是一种具有芳香族侧链的氨基酸。根据这些苯丙氨酸的排列方式，侧链可以延伸到通道中以阻塞通道，也可以打开以允许离子通过。

　　“我们认为这三个规则间隔的苯丙氨酸残基的侧链构象在调节闭合和开放状态中发挥着重要作用，”洪说。

　　病毒靶向

　　先前的研究表明，当 SARS-CoV-2 病毒发生突变而不再产生 E 通道时，病毒产生的炎症就会少得多，对宿主细胞造成的损害也会少得多。

　　Hong 目前正在与加州大学旧金山分校的合作者合作开发能够与 E 通道结合并阻止离子通过它的分子，希望能够生产出能够减少 SARS-CoV-2 产生的炎症的抗病毒药物。 。

　　她的实验室还计划研究 SARS-CoV-2 后续变体的突变如何影响 E 通道的结构和功能。在omicron变体中，孔开口中发现的 亲水性或极性氨基酸之一突变为称为异亮氨酸的疏水性氨基酸。

　　“omicron 中的 E 变体是我们下一步想要研究的东西，”洪说。“我们可以制造一个突变体，看看极性网络的破坏如何改变这种蛋白质的结构和动力学方面。”