研究人员通过解开其棘手的结构找到了一条通往戊肝治疗的途径

在发表在eLife杂志上的一篇论文中，由普林斯顿大学的Alexander Ploss领导的一组研究人员解决了关于戊型肝炎(Hep E)中一种关键蛋白质的辩论，这可能为开发一种对全球公共卫生构成巨大威胁的微小病毒的治疗方法开辟道路。

在他们的论文中，研究人员提出了一种新的模型，详细介绍了Hep E蛋白的结构和功能。

“戊型肝炎是一种知之甚少的RNA病毒，每年造成约3万例有症状的感染和约70万人死亡，”普林斯顿大学分子生物学系教授Ploss说。

戊肝通常通过水、食物或表面的粪便污染传播，因此病毒性疾病在卫生条件差的地区更为常见。然而，当人们食用骆驼或猪肉等受污染的食物时，卫生条件良好的地方也会出现疫情。感染者可能发烧、恶心和黄疸;虽然大多数人在两到八周内康复，但感染也可能变成慢性。在某些人中，这是致命的。

“令人遗憾的是，许多死亡发生在怀孕后期的孕妇及其未出生的孩子中，以及免疫功能低下的人，”Ploss说。

目前，只有中国批准了预防戊肝感染的疫苗，一旦确诊感染，就没有药物可用于治疗该疾病。E肝造成的损害更加显着，因为病毒很小;它的基因组长约7，200个核苷酸，仅包含制造三种蛋白质的指令。

“最大的戊型肝炎蛋白，开放阅读框1 - ORF1的结构和功能知之甚少，”Ploss说。

ORF1是一种多功能蛋白质，其工作是复制病毒的遗传物质以掺入新的病毒粒子中。它包含几个不同的区域，每个区域沿其长度提供不同的功能。其中许多区域已经被表征，但ORF1的大小和复杂性使得这种蛋白质很难研究，以至于直到现在，研究人员仍然不了解它的一个区域是如何工作的。

“我们的工作旨在破译ORF1的特定区域如何运作，因为目前该领域存在关于该主题的辩论，”2022年博士毕业生、该研究的第一作者罗伯特·勒德斯玛(Robert LeDesma)说，他在Ploss实验室作为研究生进行了这项研究。

争论的焦点是ORF1的这一部分可能作为蛋白酶(即切割其他蛋白质的蛋白质)起作用。许多病毒在其基因组中编码蛋白酶，要么将病毒蛋白加工成其活性形式，要么关闭可以抵消感染的宿主蛋白。然而，当他们最初的实验不支持该区域具有蛋白酶活性的观点时，普林斯顿大学的研究小组不得不考虑其他假设。

他们正在研究的区域的一个显着特征是存在一种模式或基序，其中包含八个氨基酸半胱氨酸实例。这个基序出现在迄今为止研究的每个Hep E基因组中，这表明它对ORF1非常重要。事实上，普林斯顿大学的研究小组发现，如果六个半胱氨酸的中心核心中的任何一个变成不同的氨基酸，ORF1就不能再帮助Hep E复制。

为了寻找这个神秘区域可能做什么的线索，研究人员在蛋白质数据库中搜索了包含相同基序但功能已知的其他蛋白质。仅包含六个半胱氨酸的基序的较短版本存在于结合金属离子(如镁或锌)的蛋白质中，以帮助稳定其三维形状。LeDesma及其同事推断，如果含有ORF1富含半胱氨酸基序的区域具有类似的功能，那么其3D形状应该类似于其他蛋白质中的金属结合区域。

其他研究小组已经尝试使用核磁共振波谱和X射线晶体学等方法确定ORF3这部分的1D形状，但失败了，因为蛋白质的这一部分非常无序，倾向于呈现各种随机形状而不是单一的刚性形状。因此，普林斯顿大学的研究人员转而使用一种名为AlphaFold的计算算法来预测该区域的3D形状。AlphaFold预测ORF1包含金属结合蛋白共有的特征的新颖版本，称为“锌指”，这是与金属离子相互作用所必需的。随后的实验表明，结合金属离子的能力对于ORF1在病毒复制中发挥其功能至关重要。

“我们发现ORF1的行为类似于分子支架;它与细胞内的金属离子结合，以呈现非常特殊的形状，使其能够正常运作，“LeDesma说。

换句话说，数据表明ORF1的这个区域不是作为蛋白酶起作用，而是在结构上支持蛋白质的其余部分。随着ORF1的更清晰，科学家们现在可以更好地开始攻击它。

“我们的工作提供了ORF1结构和功能的综合模型，可以想象，它可以为这种研究不足的人类病毒病原体开发新的治疗方法，”Ploss说。