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实时成像显示新冠病毒如何攻击人类细胞 让药物筛选变得更容易

作者: 发布于:2020-11-13 10:53 文字:【大】【中】【小】

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美国马里兰州国家转化科学推动中心(NCATS)的研讨科学家Kirill Gorshkov说:“咱们在这里所做的实际上是刺突蛋白结合ACE 2(血管严峻素转化酶2)的可视化。”

尽管这听起来让不熟悉的人完全无感,但这种结合是病毒增殖进程的第一步,或许导致了人们回忆中最严峻的大盛行。“刺突”是SARS-CoV-2病毒上的一种蛋白质,被广泛以为是将病毒DNA发动到宿主细胞中的首要进犯兵器。ACE2受体是人类细胞蛋白,能够有用地为这种进犯翻开大门。使用生物工程量子点,华盛顿水兵研讨实验室(NRL)的Gorshkov和Eunkeu Oh及其搭档能够对ACE2和刺突蛋白相互效果时的结合和随后的内化进行成像。

“你能够实时看到这一切的产生。”Gorshkov弥补道,“这便是这个实验的美好之处,也是咱们以为它对药物挑选很重要的原因。” 

没有宿主细胞,病毒就无法繁衍,因而全球的研讨人员一直在研讨SARS-CoV-2怎么与细胞相互效果并穿透细胞,意图是阻断这一阶段,避免COVID19的发病。Gorshkov和NCATS的搭档们此前在研讨各种癌症、病毒和溶酶体贮存疾病的成像剖析,Gorshkov说:“可是当冠状病毒袭来时,咱们不得不敏捷改变办法。”

从前的SARS研讨强调了在人类细胞中与ACE2的相互效果对这种病毒传达的重要性,而且研讨人员现已能够用绿色荧光蛋白符号这些受体蛋白来成像它们的运动。越来越多的依据标明,SARS-CoV-2上的特定刺突蛋白或许会将ACE2锁定在一个位点,然后使病毒能够进入细胞。

但是,关于刺突蛋白相互效果的信息大多是间接地从生化或近距离剖析和测验中取得的,这些测验是用从病毒中提取的蛋白质和部分蛋白质——“伪病毒粒子”进行的。在没有荧光符号的情况下,这些病毒蛋白在ACE2受体结合和随后的内化-内吞进程中的效果,在漆黑的保护下持续有用地发挥效果。

在NRL,研讨人员也热衷于使用他们在细胞传递和生物传感纳米颗粒方面的专业知识来协助寻觅抗COVID19药物。Oh开端研讨她研讨了15年的蛋白质纳米结构偶联技能的或许使用办法。两个蛋白质具有相同的结合亲和性——一个是量子点,另一个是荧光纳米颗粒——这两个蛋白质之间的结合会使纳米结构满足挨近,然后完成能量转移。

由此产生的荧光猝灭使研讨人员能够监测蛋白质的结合。“假如中心有任何阻挠结合的按捺剂,这能够作为药物挑选的按捺实验,所以咱们常常使用它。”Oh解说说。看到了对COVID19抗体挑选的潜在使用,Oh和由Mason Wolak领导的团队向NCATS的团队提出了主意,这两个安排开端着手进一步开发。

开发一个“伪病毒颗粒”

Oh的第一步协作是开发一个“伪病毒颗粒”, SARS-CoV-2刺突蛋白(受体结合域位点)的有用部分,附着在量子点上,就像一种活泼的病毒相同,持续进犯和穿透细胞。为此,刺突蛋白质的位点和伪病毒颗粒的形状是要害,在此,Oh将活性蛋白质与纳米结构结合的丰厚经历派上了用场。

在进行更贵重的细胞传输测验之前,他们有必要经过将荧光金纳米颗粒与ACE2受体结兼并监测荧光猝灭,来测验伪病毒颗粒是否在细胞外发挥效果。Oh列出了蛋白质与量子点的多重份额、量子点的巨细以及他们在终究能够调查到蛋白质结合时的荧光猝灭之前所测验的外表化学现象,并预备将伪病毒颗粒送到Gorshkov的团队“用实在的细胞做一些很帅的工作”。

为了在实在的细胞中调查伪病毒颗粒与ACE2的相互效果,现在需求规划伪病毒颗粒上的量子点,使其发射的波长能够与ACE2上的绿色荧光蛋白区别开来,而不是优化纳米颗粒的猝灭。有了这两个明晰的信号,NCATS的研讨小组能够追寻这两个蛋白的结合以及随后的内吞效果。此外,研讨人员能够看到,在两种抗体存在的情况下,结合和内吞效果被阻挠。他们乃至能够经过一种名为动力蛋白的蛋白质来测验内吞效果机制。当他们参加打断动力蛋白的Dyngo-4a时,他们能够看到结合产生,但没有随后的内吞效果。

这一成果也标志着长途研讨协作的成功,由于这些团队从未实在见过面。“咱们在这里的协作方法是稀有的。”Gorshkov说,这反映了研讨人员发展在很大程度上超过了曾经的协作,曾经的协作有更多的实体会议和协调活动。“两个团队都有这样的动力和关注点,因而很好地完成了协同。”

量子点伪病毒颗粒局限于经过内吞效果成像细胞穿透,这一机制是否适用于一切细胞类型,特别是肺安排,尚不清楚。一种代替的SARS-CoV-2进犯机制是根据膜交融,而量子点伪病毒颗粒的成像将需求明显的润饰,以更像膜相同与细胞相互效果。但是,量子点伪病毒颗粒的快速通量和直接调查才能在寻觅抗体方面具有明显优势。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

https://phys.org/news/2020-09-real-time-imaging-sars-cov-human-cells.html

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c05975



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