《研究揭示病毒利用宿主细胞制造子代病毒颗粒的分子机制》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: huangcui
  • 发布时间:2019-03-14
  • 病毒往往会依赖宿主细胞进行复制,但病毒是如何诱导宿主转录自身的遗传信息来制造病毒颗粒的呢?几十年来,科学家们一直在研究一种名为λ(lambda)的噬菌体来试图找到答案,近日,一项刊登在国际杂志Molecular Cell上的研究报告中,来自柏林夏里特医学院的科学家们利用高分辨率的冷冻电镜技术成功解析了上述过程。

    没有宿主就没有病毒,尽管病毒能通过宿主外环境来传播扩散,但其仍需要宿主来进行繁殖,病毒缺少复杂的结构来将遗传信息进行转录并转化成为新的病毒颗粒,这也就是为何所有病毒都需要使用宿主细胞的分子结构的原因;长期以来,科学家们一直在研究病毒成功利用宿主细胞功能的机制,如今他们对细菌噬菌体进行了深入研究,噬菌体能依赖细菌宿主细胞来进行繁殖。

    此前研究人员发现,λ噬菌体能将自身的遗传信息引入到宿主细胞中,并将其插入到宿主细胞基因组的特殊位点中;RNA聚合酶是一种负责转录遗传信息的蛋白质复合体,其能在细菌基因的末端停止阅读相关信息,并忽略所插入的病毒基因;λ噬菌体能利用一种特殊的技巧,抑制RNA聚合酶终止转录过程,其能引入lambda-N(λN),这是一种微小蛋白,其能吸附到宿主RNA聚合酶上并驱动RNA聚合酶对病毒的基因继续转录;截止到目前为止,研究人员并不清楚λN是如何完成上述过程的,这项研究中,研究人员就利用高分辨率成像技术对RNA聚合酶-λN复合体的3-D结构进行了成像研究,这就能帮助他们清楚地解释λN的作用原理。

    文章中,研究人员分别制造出了大型蛋白复合体的各个组分,将这些组分组装后,将其放入一层薄薄的水膜中并对其进行冷冻处理,利用冷冻电镜技术,研究人员从不同角度对蛋白复合体进行了总共70万张图像的分析,随后来计算其三维结构,研究者Ferdinand Krupp解释道,这些结构的本质就告诉我们,小型的病毒λN蛋白能将RNA聚合酶的两部分密封在一起,一旦其到达细菌基因末端的停止信号时就能抑制其发生分裂。

    正因为上述作用的存在,RNA聚合酶就能够在抵达病毒基因时继续转录,一旦所有的病毒基因被读取完毕,病毒就能够利用宿主细胞来制造子代病毒,本文研究结果解释了科学家们长期的研究难点,相关研究发现有望帮助研究人员开发新型的抗菌药物。

  • 原文来源:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S109727651930036X?via%3Dihub
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  • 《Hepatolog:揭示戊肝病毒进入并感染宿主细胞的分子机制》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2023-02-14
    • 戊型肝炎病毒(HEV)是引起急性病毒性肝炎的主要原因,每年大约都有7万人因该病而发生死亡;尽管戊肝是一种常见的疾病,但科学家们对该病毒的生命周期知之甚少,近日,一篇发表在国际杂志Hepatology上题为“Epidermal growth factor receptor modulates hepatitis e virus entry in human hepatocytes –HEP-22-1113”的研究报告中,来自波鸿大学等机构的科学家们通过研究揭示了戊肝进入并感染细胞的分子机制。 研究者表示,名为表皮生长因子受体(EGER)的特殊蛋白在病毒颗粒穿透细胞的过程中扮演着决定性的作用,这一研究发现或有望帮助开发抵御人类戊肝的新型疗法,因为目前已经有针对EGFR的药物获批用于抑制该受体的活性和作用。而研究者对于戊肝的研究相对较少,原因之一在于大约三年前他们才开发出了用于研究的强大细胞培养模型,如今研究人员就能利用该模型调查病毒是如何感染细胞的。 文章第一作者Jil Alexandra Schrader说道,我们在一些细胞系中利用该药物在病毒进入时抑制EGFR蛋白的活性,在这些培养物中,我们观察到被感染的细胞明显减少了,为了核实这一点,研究人员利用共受体被过度生产的细胞培养物进行研究,在这一情况下,所发生的感染要比未处理的细胞要更多一些。这或许就表明,EGFR蛋白对于病毒进入细胞的机制非常重要,此外,该蛋白质中位于细胞外部并能与配体结合的部分对于病毒的进入尤为重要,如果其发生缺失的话,病毒就无法穿透细胞,后期研究人员还需要进一步研究来确定是否在病毒感染细胞过程中还存在其它因素发挥作用或者是否这些受体自身就能引入病毒。 以丙肝病毒为例,众所周知,甚至会有更多的受体参与到了病毒进入细胞的过程中,这或许也可能是进行戊肝病毒研究的情况。EGF受体参与感染的证据特别有趣,因为目前有获批的药物能抑制其活性,这些药物被批准在欧洲和美国用于治疗特定的癌症类型,这些癌症中受体处于过度活跃状态且会引起细胞的失控生长。进一步研究表明这些制剂是否能作为抵御戊肝感染的一种新型疗法。 综上,本文研究结果为揭示戊肝病毒的生命周期提供了新的线索,同时识别出EGFR或能作为未来科学家们开发抵御戊肝感染的抗病毒策略的一种潜在的可能性靶点。 原始出处: Schrader, Jil Alexandra1; Burkard, Thomas Leon1; Brüggemann, Yannick1; et al. Epidermal growth factor receptor modulates hepatitis e virus entry in human hepatocytes –HEP-22-1113, Hepatology (2023). DOI: 10.1097/HEP.0000000000000308
  • 《Nature:新研究揭示相分离参与病毒颗粒组装》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2023-04-27
    • “先有鸡还是先有蛋?”长期以来,科学家们一直面临着一个关于人类腺病毒如何复制的类似问题:“病毒颗粒的组装和病毒基因组的包装,哪个先发生?”如今,在一项新的研究中,来自美国费城儿童医院的研究人员回答了这个问题,表明病毒蛋白使用一种叫做相分离的过程来协调病毒后代的产生。相关研究结果于2023年4月5日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“A viral biomolecular condensate coordinates assembly of progeny particles”。 论文共同通讯作者兼论文第一作者、费城儿童医院副研究员Matthew Charman博士说,“这项新研究回答了一个根本性的重要问题:病毒核酸如何进入病毒颗粒内部,从而使病毒后代能够进入细胞。这些发现具有广泛的意义,从潜在的治疗干预到改进的基因疗法递送,此外还能扩大我们对基本细胞生物学的理解。” 病毒劫持了宿主的细胞过程来复制和产生具有感染性的后代,这是病毒传播和扩散的关键。要做到这一点,它们必须既复制其病毒基因组,又将这些基因组包装成病毒颗粒,以便感染性循环能够继续。然而,在拥挤的核环境中,基因组复制、病毒颗粒组装和基因组包装是如何协调的,人们知之甚少。 论文通讯作者、费城儿童医院病理学与实验室医学系教授Matthew D. Weitzman博士说,“如果我们把病毒复制看作是一条老式的牛奶装配线,我们知道牛奶瓶是如何形成的,它们出来时是装满的,但在这项研究之前,装满的过程有点像一个黑盒子。” Weitzman说,“我们的发现表明,病毒颗粒在病毒基因组周围形成。延伸这个类比,许多人认为牛奶瓶必须在装满之前制成,但事实证明,牛奶瓶实际上是在牛奶周围形成的。在Charman博士的带领下,我们证实一种称为相分离的生物物理过程使这一过程以一种有序、协调的方式发生。” 这些新出现的证据表明,无膜区室是通过相分离在病毒感染的细胞内形成的。这些无膜区室被称为生物分子凝聚物(biomolecular condensate, BMC),可以通过在富集的稠相(dense phase)中浓缩或封存生物分子同时限制其在轻相(light phase)中的浓度来调节生物过程。 尽管BMC与几种病毒过程有关,但没有足够的证据表明相分离在功能上有助于病毒感染的细胞中感染性病毒后代的组装。 为了研究BMC在这个过程中的潜在作用,这些作者研究了腺病毒,即一种在细胞核内复制的DNA病毒。由于参与基因组复制的腺病毒蛋白与参与病毒颗粒组装和基因组包装的蛋白不同,他们推断专注于这种病毒将使他们能够剖析并更容易确定相分离在特定病毒过程中的作用。 通过多种技术,包括高炔丙基甘氨酸标记(homopropargylglycinelabeling)和荧光基团点击化学,这些作者证实了腺病毒52 kDa蛋白---一种专门的组装/包装蛋白---通过相分离形成自己的无膜结构,并在新的感染性病毒颗粒的协调组装中发挥关键作用。他们发现52 kDa蛋白不仅能将病毒衣壳蛋白组织到细胞核BMC中,而且这对于组装包含病毒基因组的完整包装颗粒至关重要。 此外,这些作者用缺乏52 kDa蛋白的突变腺病毒进行了实验,结果显示,在没有病毒BMC的情况下,不完整的病毒衣壳形成。因此,他们能够证实通过改变细胞内这些无膜结构的形成,产生病毒后代的“装配线”不再正常运作。 Charman博士说,“现在知道了这些步骤,问题就变成了:我们是否可以根据这个生物过程重新设计病毒,例如,成为像基因治疗这样的创新的更好的递送工具?了解病毒是如何复制的,为我们开辟了一个世界,我们不仅有可能在未来更有效地靶向这些病毒,而且还能开发出没有当前递送方式存在的限制的基因治疗工具。” 参考资料: Matthew Charman et al. A viral biomolecular condensate coordinates assembly of progeny particles. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05887-y.