《非结构性副粘病毒核衣壳蛋白尾部结构域通过调节转录酶活性调节病毒发病机制》

  • 来源专题:新发突发疾病(新型冠状病毒肺炎)
  • 编译者: 张玢
  • 发布时间:2018-05-30
  • 除包裹单链RNA基因组的核衣壳(N)蛋白外,副粘病毒复制机构还包含病毒大(L)蛋白和磷蛋白(P蛋白)。副粘病毒N蛋白共有的是C-末端尾巴(Ntail)。结构紊乱的中央Ntail部分的病毒复制的机制作用和相关性是未知的。最初聚焦于麻疹病毒属的成员,一系列麻疹病毒(MeV)和犬瘟热病毒(CDV)N蛋白质在非结构化尾部中产生内部缺失。具有大截尾截短的N蛋白在单和多顺反子微复制子测定中保持生物活性并且支持重组病毒的有效复制。 Ntail突变体的生物活性扩展到源自高致病性尼帕病毒的N蛋白。为了探测Ntail截短对病毒发病机理的影响,在致死性CDV /白鼬病病毒疾病模型中分析了重组CDV。取决于Ntail截短的分子性质,重组病毒表现出不同的减毒阶段,从缓解临床症状到完全存活受感染的动物,这取决于Ntail截短的分子性质。用致病性CDV对存活动物进行再感染显示出针对致命挑战的有力保护。高度减毒的病毒在离体传代并从受感染的动物中恢复后是遗传稳定的。从机制上看,渐进的病毒减毒与感染细胞中逐步改变的病毒转录酶活性一致。这些结果将Ntail中心部分确定为病毒发病机制的决定因素,并为下一代副粘病毒疫苗设计的渐进病毒减毒工程建立新平台。

相关报告
  • 《Cell | 在宿主细胞中可视化蓝舌病毒RNA基因组与衣壳蛋白的组装过程》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-04-18
    • 2024年4月12日,加州大学洛杉矶分校周正洪团队在Cell上发表题为RNA genome packaging and capsid assembly of bluetongue virus visualized in host cells的论文,利用cryo-EM和cryo-ET等多种方法探究dsRNA病毒BTV在宿主细胞内复制组装的的机理。 该研究团队多年来一直以蓝舌病毒(bluetongue virus,BTV)为模式系统来研究dsRNA病毒的生命周期。蓝舌病毒是无囊膜双链RNA病毒的一个典型代表,其能够感染牛、羊、鹿等动物而引起严重的传染性疾病蓝舌病,致死率超过90%。BTV病毒颗粒由三层衣壳蛋白包裹着10段双链RNA基因组构成。内层蛋白为VP3,中间层为VP7,外层为膜穿孔蛋白VP5和受体结合蛋白VP2。10段基因组首先以ssRNA的形式包装进衣壳内然后复制成为dsRNA,这个过程极为复杂,一直都是领域内悬而未解的难题之一。BTV病毒组装的研究难点在于病毒具有多层复杂结构,组装过程高度动态,其中间状态难以捕捉。 继2021年在Nature Microbiology发文阐明BTV病毒在低pH条件入侵宿主细胞的机理后,研究团队紧接着利用聚焦离子束减薄(cryo-FIB)和冷冻电子断层成像(cryo-ET)相结合的技术来探究病毒在宿主细胞内复制组装过程的原位信息(图1)。在这个流程中,首先在冷冻电镜载网上培养宿主细胞然后用BTV病毒感染。感染的宿主细胞通过cryo-FIB切割减薄为厚度大约200 nm的细胞薄层然后收集cryo-ET原位数据以分析宿主细胞内病毒的各种状态。进一步通过亚断层平均分析捕获了多种病毒组装的中间状态,包括单层的pre-subcore,双层的core,三层的pre-virion和virion等。其中pre-subcore是此研究中首次发现的一个状态,它属于病毒组装的早期中间体,对于理解病毒基因组包装至关重要。 在此基础上,通过结合单颗粒分析、体外重组和突变体的生化细胞功能验证,研究者们一共解析了11个病毒基因组包装和衣壳组装的中间体。之前的研究表明病毒蛋白VP6对于BTV基因组RNA的组装至关重要,在VP6突变株中,病毒组装的衣壳都是空心的,不含RNA。在以上解析的11个中间体中,pre-subcore是一个5次轴处有内陷的VP3组成的单层颗粒,内部含有部分RNA密度。之前未知的VP6蛋白以五聚体的形式结合在VP3下方,具有RNA结合功能,可以将基因组ssRNA从衣壳外部通过5次轴通道运送到衣壳内部。而体外生化实验表明ssRNA又能反过来促进衣壳蛋白的组装。这些研究揭示了BTV组装过程同时具有ssRNA病毒衣壳蛋白和基因组共组装的特性和dsDNA病毒衣壳蛋白预组装的特性,统一了先前相互矛盾的模型。在10段ssRNA基因组相互作用同时被包裹进衣壳后,由RNA聚合酶VP1复制成为dsRNA,此过程中内陷的VP3向外扩张成为球形,紧接着中间层和外层蛋白依次组装形成一个完整的病毒颗粒并释放到细胞外。 综上,该研究结合多项技术同时探究dsRNA病毒在宿主细胞内复制组装的机理,提出了BTV病毒组装的“二重性”模型,为其他类型病毒的研究提供了参照,也为相应抗病毒疫苗和药物的开发提供可宝贵的科学依据。
  • 《生物物理所等首次解析2型单纯疱疹病毒核衣壳高分辨率结构》

    • 来源专题:中国科学院亮点监测
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2018-08-02
    • 近日,中国科学院院士饶子和团队研究员王祥喜、湖南师范大学教授刘红荣、中国科学院生物物理研究所研究员章新政、中国食品与药品检定研究院教授王军志等合作,首次解析了疱疹病毒α家族的2型单纯疱疹病毒(HSV-2)核衣壳的3.1Å原子分辨率结构,阐明了核衣壳蛋白复杂的相互作用方式和精细的结构信息,并提出了疱疹病毒核衣壳的组装机制,为进一步研究病毒核衣壳与包膜蛋白的组装以及疱疹病毒的抗病毒治疗奠定了基础。相关研究成果以 Cryo-EM structure of a Herpesvirus capsid at 3.1Å 为题,于4月6日发表在《科学》(Science)上。   疱疹病毒是在世界范围内广泛传播的一大类病毒,包含病毒种类众多,能够感染人类在内的多种哺乳动物。疱疹病毒在感染人体后可引发口腔和生殖器疱疹、水痘、带状疱疹等多种疾病,甚至引起多种免疫系统疾病、脑炎以及癌症等发生。疱疹病毒在世界范围内广泛传播,以单纯疱疹病毒为例:世界卫生组织2017年1月数据显示,全球约有42亿50岁以下的人(约80%)感染单纯疱疹病毒(HSV-1和HSV-2)。疱疹病毒有着独特的潜伏-再活化机制,可关闭其大部分活动状态的基因,只在特定的潜伏阶段打开特定的少数基因,并在合适的条件下恢复活性,重新进入增殖过程。这种潜伏-再活化机制使由疱疹病毒感染产生的疾病难以完全治愈,患者通常将终生携带病毒。   疱疹病毒直径约为200nm,包含表面囊膜、蛋白质中间层(tegument proteins)、核衣壳颗粒和DNA核心四层结构。其中,核衣壳的直径约为125nm,在病毒的复制、组装、成熟以及侵染过程中都起到非常重要的作用。核衣壳包含A、B、C三类,三类核衣壳均为非标准正二十面体。A型核衣壳内部为空,不包含其他蛋白和病毒基因组;B型核衣壳内部包含支架蛋白;C型核衣壳内部包含病毒基因组,并可以逐渐成熟,成为具有侵染增殖活性的成熟病毒。过去20年,许多科学家试图用冷冻电镜技术解析疱疹病毒核衣壳的三维结构,然而由颗粒尺寸太大而导致的冰层过厚、信噪比降低和埃瓦尔德球效应,为高分辨信息的重构带来技术瓶颈。   该研究以HSV-2衣壳颗粒为研究对象,利用最新开发的冷冻电镜单颗粒重构的计算方法“分区计算法”和“欠焦值修正法”,解析了3.1Å的核衣壳B颗粒,并搭建了结构模型,详细分析了核衣壳中各结构蛋白的构象变化与蛋白之间的相互作用关系,阐释了病毒核衣壳早期组装的机制,为后续研究核衣壳在神经细胞的运输提供了扎实的结构基础。针对“大尺度颗粒”的重构方法的应用,使得冷冻电镜结构解析的应用范围进一步推广,巨型病毒颗粒或亚细胞系级的超大蛋白质复合物的单颗粒重构可以实现近原子分辨率,将进一步推动结构生物学的进步与发展。鉴于核衣壳结构在疱疹病毒中的重要性和保守性,针对疱疹病毒核衣壳结构的药物设计与分子筛选,该研究所解析的核衣壳结构能够为广谱性药物的研制提供结构基础。   饶子和团队博士研究生袁帅、王佳灵,章新政课题组博士研究生朱东杰为论文共同第一作者。王祥喜、章新政、刘洪荣、王军志、饶子和为论文共同通讯作者。生物物理所研究生王男、博士高强,湖南师范大学研究生陈文沅、唐豪参与了该研究部分工作。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划、中国科学院战略性先导科技专项等的资助。