1. Author
Robert A. Lamb是西北大学分子生物科学系教授、西北大学医学院微生物学免疫学教授和霍华德休斯医学研究所研究员。他在英国伯明翰大学获得了生物化学学士学位，在剑桥大学获得了博士和理学博士学位。他来到美国，在洛克菲勒大学与Purnell Choppin做博士后工作，后来在加入西北大学之前，他成为了那里的一名教员。他的荣誉包括连续获得美国国立卫生研究院MERIT奖。他曾任美国病毒学学会主席。兰姆博士是美国国家科学院院士和美国艺术与科学院院士。
2. Background
副粘病毒科是有包膜病毒，其中包括腮腺炎病毒、麻疹病毒、仙台病毒、新城疫病毒 (NDV)、人类呼吸道合胞病毒 (RSV)、副流感病毒 5 (SV5) 和人类副流感病毒1-4 (hPIV) )，该病毒家族的许多成员是重要的人类和动物病原体，并且已鉴定出新出现的致命副粘病毒。
副粘病毒与其他包膜病毒（例如流感病毒和艾滋病毒）一样，需要病毒和细胞膜融合才能进入宿主细胞。 两种病毒糖蛋白是该过程的关键：可变附着蛋白（HN、H 或 G）和更保守的融合 (F) 蛋白。 附着蛋白与不同的细胞受体相互作用。 例如，SV5 HN 蛋白结合唾液酸，麻疹病毒 H 蛋白与 CD46 或 CDw150/SLAM 相互作用，尼帕病毒和亨德拉病毒 G 蛋白与肝配蛋白 B2 结合，RSVG 蛋白结合硫酸肝素。 尽管细胞受体不同，但在大多数副粘病毒中，需要同型附着蛋白才能在正确的时间和正确的位置触发 F 介导的膜融合。 F不会被内体中的低 pH 值激活。
F被认为通过将不可逆蛋白质重折叠与膜并置耦合来驱动膜融合，首先折叠成亚稳态形式，随后经历离散构象变化至较低能量状态。F 组装成被蛋白水解切割的同源三聚体，启动蛋白质进行膜融合，类似于流感病毒血凝素 (HA) 和其他 I 类病毒融合蛋白，如 HIV Env、埃博拉病毒 GP 和 SARS 冠状病毒 S。未切割的前体 (F0) 被加工成较大的羧基末端片段 (F1) 和较小的氨基末端片段 (F2)。 F1在其 N 末端含有一个疏水性融合肽和两个疏水性七肽重复区域（HRA 和 HRB）。HRA 紧邻融合肽，HRB 紧邻跨膜结构域，两者间隔约 250 个残基。
激活后，F 将其融合肽插入靶膜，形成可被 HRA 和 HRB 衍生肽抑制的中间体。 随后，HRA 和 HRB 重新折叠并组装成六螺旋束 (6HB)，将融合肽和跨膜结构域置于邻近位置。6HB 结构被认为代表了膜融合后蛋白质的最低能量构象。 我们之前报道了未切割的、分泌的 hPIV3 F0 胞外域 (solF0) 的结构，在跨膜结构域之前被截断。出乎意料的是，该结构包含融合后6HB，表明不需要F蛋白裂解即可获得融合后构象。 目前尚不清楚 F 融合前和融合后构象有多大差异以及它们如何与膜融合相关。DIII 的核心结构元件充当 HRA 折叠的支架，防止其组装成融合后螺旋构象。
3. Methods
1. F蛋白的表达纯化
2. 结晶与结构解析
4. Results
实验团队通过在N段增加一段GCNt模体来稳定Prefusion构象，经过改造后获得了稳定的Prefusion构象蛋白并进行结构解析。发现fusion peptide打开三聚体头部，分离在融合后形式中观察到的 DI 和 DII 之间的亚基间接触。F0 的蛋白水解切割可能使融合肽的 N 末端与 DII 产生额外的接触并影响亚基间的相互作用。在 F-GCNt 中未观察到融合后 HRA 亚基间卷曲螺旋接触。 相反，它们被 DIII 界面处的两组六螺旋环取代。 为了形成 HRA 盘绕线圈，DIII 必须旋转并向内塌陷，进一步压缩头部。在pre-fusion中，HRA 被分成四个螺旋、两个 b 链和五个环、扭结或转角片段。 因此，HRA 的构象变化涉及 11 个不同片段重新折叠成单个延伸的 a 螺旋构象。 构象变化还需要 HRB 柄的打开和易位。
此外HRA 围绕 DIII 核心折叠。该核心包括三个反向平行的 b 链、HRC a 螺旋、HRA 的 C 端 h4 螺旋和一个螺旋束。 在prefusion中，HRA 围绕 DIII 核心折叠。因此，将HRA折叠到DIII核心上不仅防止HRA卷曲线圈的形成，而且还阻断HRB接头的这种相互作用。在 HRB 残基 447 和 449 的疏水口袋附近包含一个3-4-4-4-3 stutter。离子结合位点（N133和T158）分别位于螺旋h1和h2以及链b1和b2之间。HRA stutter位于螺旋 h3 和 h4 之间的环中； T147 位于螺旋 h2 和链 b1 之间的环中，与 6HB 中的 HRB 形成稳定相互作用。
此外，头部结构中嵌合了HRB 茎结构的linker。这种对称性的保守性以及头部和茎部之间的相互作用使得 GCNt 的存在不太可能改变天然的 F 结构。头部底部的相互作用和 HRB 三螺旋束的稳定性可能调节 F 激活的早期步骤。 残基 443、447 和 449 的突变使prefusion构象不稳定，并且预计会在融合前和融合后状态中形成不同的相互作。S443 变为脯氨酸可能会破坏上述氢键网络，从而使 F 不稳定。 L447和 I449 突变为芳香族残基也会破坏融合前构象的稳定性，并且这些较大的氨基酸会破坏疏水接触。
5. Discussion
作者：Hsien-Sheng Yin
通讯作者：Robert A. Lamb
单位：Department of Biochemistry, Molecular Biology, and Cell Biology
年份：2006.1
期刊：Nature
科学问题 ：HPIV5的F蛋白结构
结论：通过F-GCNt
pre-fusion和 solF0 post-fusion结构实验阐明离F介导的膜融合机制。提出以下模型。 第一步，HRB 螺旋融合（开放茎形式），破坏头部底部的相互作用，但使 HRA 处于融合前构象。残基 443、447 和 449 的突变将影响pre-fusion茎和头结构域之间的稳定进来影响该中间体的形成。 HRA 衍生肽与内源性 HRB 片段结合，抑制融合途径中的早期中间体，而 HRB 衍生肽则通过结合内源性 HRA 卷曲线圈来抑制后期中间体。HRB 茎的打开可以通过影响 DII 和融合肽（通过 HRB 连接体）的包装以及构象转变过程中头部亚基稳定性来引发 F 的进一步变化。第二步，开放茎中间体之后DIII 的重新折叠、HRA 卷曲螺旋的组装以及融合肽向靶细胞膜的易位。 从亚基间界面去除融合肽将使 DII 向内摆动，并与相邻亚基的 DI 形成新的接触，从而压缩头部。DIII 核心使HRB的最终定位。 第三步，6HB的组装完成了构象变化和膜合并。 虽然膜融合活性需要 F 蛋白的蛋白水解切割，但融合后构象的形成显然不需要 F 蛋白的蛋白水解切割。F 结构变化与流感病毒 HA12 中观察到的变化非常不同，流感病毒 HA12 是具有融合前和融合后结构的I 类病毒融合蛋白。 然而，通过比较 F 和 HA 融合蛋白，出现了新的观念：首先，在亚稳态下，N 端（融合肽近端）HRA 片段被阻止组装成融合后卷曲的结构。其次，融合肽最初埋藏在亚基界面处，在融合前和融合后状态之间经历大的重组； 第三，HRA的重折叠使融合肽远离跨膜锚和病毒膜的初始位置； 最后，由于缺乏 HRA 卷曲螺旋以及融合前构象中存在的其他抑制性结构元件，C 端 HRB 区域无法采用其最终状态。 对于 HIV Env，人们很容易推测 gp120“内部”结构域在自由状态和受体结合状态之间切换构象，可以通过调节 HIV gp41 的 HRA 片段的折叠来发挥与 F DIII 核心类似的作用。 用GCNt 稳定融合前 F 构象的策略可能对于阐明其他病毒融合蛋白机制很重要。
