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短尾噬菌體T7非對稱結構（PNAS 2021, 118: e2102003118）

（供稿 物理與電子科學學院）9月10日，美國科學院院刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS)在線發表了物電學院劉紅榮教授團隊與合作者的研究論文“Structural changes in bacteriophage T7 upon receptor-induced genome ejection”。該研究利用冷凍電鏡單顆粒技術與對稱失配三維重構方法解析了短尾噬菌體T7病毒成熟態和釋放態的非對稱原子結構。該結構原位展示了6次對稱的噴嘴蛋白gp12、6次對稱的尾絲蛋白三聚體gp17、12次對稱的門戶蛋白gp8及連接蛋白(gp11)、8次對稱的核心蛋白gp15、4次對稱的核心蛋白gp16及5次對稱的衣殼蛋白gp10組成的復雜尾部結構，闡明了不同狀態下T7噬菌體各蛋白分子之間復雜的相互作用及從成熟態到釋放態的構象變化，進一步揭示了短尾噬菌體基因組釋放的分子機制。

噬菌體作為模式生物被廣泛應用于病毒組裝、基因組包裝與釋放等研究；由于噬菌體能感染細菌后裂解細菌，近年來其作為一種抗生素的可能替代品而越來越受到重視。對噬菌體結構的研究對于理解其功能及應用具有重要意義。迄今為止，科學家利用冷凍電鏡技術對噬菌體結構進行了廣泛而深入的研究，但由于噬菌體特殊的尾部結構，絕大多數研究僅限于其二十面體對稱的衣殼，原位的非對稱高分辨重構一直是該領域的瓶頸。

2020年，劉紅榮教授團隊及合作者發展了冷凍電鏡對稱失配重構和局部重構等方法，原位解析了噬菌體T7包裝態和成熟態門戶蛋白和尾部蛋白的近原子分辨率三維結構，研究成果發表于Protein & Cell (2020; 11: 374-379)。目前，該團隊原位解析了噬菌體T7包裝態、成熟態、釋放態等不同狀態下各對稱失配蛋白分子原子結構，展示了T7噬菌體非對稱原子結構，為相關的功能與應用研究提供了精準豐富的結構信息。

我校博士后陳文沅、我校與中國疾病預防控制中心病毒病預防控制所聯合培養博士生肖浩、中科院微生物所的王麗博士為本文共同第一作者，宋敬東、劉紅榮、程凌鵬三人為論文的共同通信作者，我校生命科學學院劉中華教授等參與了本項研究工作。該工作獲得了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、湖南省自然科學基金等項目的資助。

同期，國際上其他團隊也在PNAS、Molecular Cell上發表了噬菌體T7在體外純化的核心蛋白復合物gp15-gp16近原子分辨三維結構。

相關論文鏈接：

https://www.pnas.org/content/118/37/e2102003118

http://www.protein-cell.org/en/article/doi/10.1007/s13238-020-00715-9

https://www.pnas.org/content/118/34/e2026719118

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34214465/

責編：馬鐵泉

審核：段巍