PNAS |清華大學基礎(chǔ)醫(yī)學院向燁團隊解析裂谷熱病毒糖蛋白Gn/Gc復合物組裝機制

裂谷熱病毒（Rift valley fever virus, RVFV）是一種由節(jié)肢動物傳播的致命性人畜共患病毒，對人類健康和畜牧業(yè)構(gòu)成嚴重威脅，已被流行病防范創(chuàng)新聯(lián)盟（CEPI）列為優(yōu)先發(fā)展有效疫苗的病原體之一。裂谷熱病毒表面糖蛋白Gn和Gc蛋白組裝形成六元環(huán)及五元環(huán)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)進一步組裝形成位于病毒囊膜外、且具有二十面體對稱性的糖蛋白層。裂谷熱病毒糖蛋白在病毒入侵過程中起關(guān)鍵作用，但其組裝的具體分子機制仍有待進一步解析。

2025年12月16日，清華大學基礎(chǔ)醫(yī)學院向燁課題組在《美國國家科學院院刊》（PNAS）雜志發(fā)表了題為"Cryo-EM structure of the Rift Valley fever virus envelope protein in complex with a potent neutralization antibody"（裂谷熱病毒囊膜蛋白與高效中和抗體復合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)）的研究論文。這一研究首次獲得了裂谷熱病毒GnGc六元環(huán)高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，解析了該六元環(huán)組裝的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，同時闡明了一種高效抗體RVFV-140的中和機制。

圖1. 裂谷熱病毒GnGc與中和性抗體RVFV-140復合物結(jié)構(gòu)（摘自文章Figure 1）

在本研究中，向燁團隊通過共表達GnGc與一種識別結(jié)構(gòu)表位的中和性抗體RVFV-140的Fab區(qū)（Fab140），成功獲得了可形成穩(wěn)定GnGc六元環(huán)結(jié)構(gòu)的復合物，并利用冷凍電鏡技術(shù)解析了其近原子分辨率結(jié)構(gòu)（圖1）。RVFV GnGc-Fab140復合物由六個GnGc異二聚體和六個Fab140組成。其中GnGc異二聚體結(jié)構(gòu)與此前報道的Gn、Gc單體結(jié)構(gòu)具有顯著差異。六個GnGc異二聚體以傾斜方式圍繞中心軸分布，形成一個由上下兩層組成、且每層直徑不同的六元環(huán)狀結(jié)構(gòu)。其中，上層主要由Gn的頭部（結(jié)構(gòu)域A、B和β片層區(qū)）構(gòu)成，下層則由Gn的結(jié)構(gòu)域C及Gc的結(jié)構(gòu)域I和III共同組成。每個Fab140結(jié)合在六元環(huán)上層兩個相鄰Gn頭部之間，對穩(wěn)定GnGc六元環(huán)結(jié)構(gòu)起到了關(guān)鍵作用。GnGc六元環(huán)結(jié)構(gòu)形成的過程中，四個位于Gn分子間作用界面的loop區(qū)發(fā)生劇烈構(gòu)象改變。

裂谷熱病毒入侵過程中，其糖蛋白GnGc需要從融合前的六元環(huán)構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)槿诤虾蟮腉c三聚體構(gòu)象。該過程依賴于內(nèi)體中pH值的改變，且包含兩個關(guān)鍵步驟：Gn的脫離和Gc變構(gòu)與重新組裝過程。而一旦RVFV-140結(jié)合在GnGc六元環(huán)的相鄰Gn間，就會將GnGc復合物鎖定為融合前的六元環(huán)構(gòu)象，使其難以向融合后構(gòu)象轉(zhuǎn)變，從而抑制膜融合過程的發(fā)生。

綜上所述，該研究揭示了裂谷熱病毒GnGc六元環(huán)組裝的分子機制，同時還闡述了裂谷熱病毒中和抗體RVFV-140發(fā)揮作用的分子機制。為裂谷熱病毒疫苗及治療性抗體的開發(fā)提供了重要結(jié)構(gòu)學基礎(chǔ)及理論依據(jù)。

清華大學基礎(chǔ)醫(yī)學院教授，清華北大生命聯(lián)合中心、北京生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心、山西醫(yī)科大學-清華大學前沿醫(yī)學研究中心研究員向燁為該論文的通訊作者，向燁課題組博士生張琳婧、孟凱聞為該論文的共同第一作者。清華大學中國蛋白質(zhì)科學中心（北京分中心）提供了設(shè)施支持。該項目研究獲得山西醫(yī)科大學-清華大學前沿醫(yī)學研究中心，中國科學技術(shù)部，國家自然科學基金，清華北大生命科學聯(lián)合中心，北京生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心經(jīng)費的資助。

文章鏈接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2514862122