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我揭示SARS和新冠病毒在不同温度下与人类受体结合的差异性

2月24日从天津大学获悉,该校生物信息中心主任高峰教授课题组通过分子动力学模拟,揭示了SARS冠状病毒和新冠病毒与人类受体在不同温度下结合特性的差异,为药物设计提供有益的指导和参考。该项研究2月22日在线发表在生物信息学领域顶尖期刊《生物信息学简报》上。

SARS病毒和新冠病毒对细胞的成功入侵,主要取决于刺突蛋白(S蛋白)的受体结合域(RBD)与人类受体血管紧张素转化酶2(ACE2)之间的蛋白质-蛋白质相互作用(相关结构如下图左所示)。

新冠疫情爆发以来,针对RBD与ACE2之间的相互作用已进行了大量的研究,但绝大多数仅在室温300 K(约27摄氏度)下进行。温度是影响病毒感染性的重要因素,此次高峰教授课题组揭示了SARS病毒和新冠病毒在不同温度(200K, 250K, 273K, 300K, 350K)下,RBD和ACE2结合特性的差异。

高峰教授表示:“这项研究有助于了解SARS病毒和新冠病毒感染能力的差异。”

基于分子动力学模拟的平衡轨迹,高峰教授课题组发现,在所选取各温度下新冠病毒 RBD的均方根波动(RMSF)值都比SARS病毒低,构象分布更集中,说明新冠病毒 RBD结构更为稳定。

此外,SARS病毒/新冠病毒 RBD与ACE2在不同温度下的结合强度也通过分子力学和溶剂化相互作用能方法进行评估,发现在任意所选取温度下,新冠病毒RBD与ACE2的结合能力都比SARS病毒更强。随后对总结合自由能进行了残基分解,找到了RBD与ACE2结合过程中的热点残基(如上图右所示),与2020年《自然》报道的实验结果高度吻合。最后还重点分析了导致SARS病毒和新冠病毒两者RBD与ACE2结合差异的关键残基,为后续相关药物设计提供了有益的指导和参考。