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疱疹病毒基因组包装关键机制被揭示

来源: 中国科学报
2019-05-31 08:58 
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  人类Ⅰ型单纯疱疹病毒(HSV-1)DNA通道蛋白的原子分辨率三维结构

5月30日,《自然》杂志在线发表了中国科大合肥微尺度物质科学国家研究中心、生命科学学院刘云涛博士、毕国强教授与合作者的研究论文。他们利用冷冻电镜首次解析了人类疱疹病毒基因组包装的关键机制及病毒的DNA基因组结构,有助于预防和控制疱疹病毒引发的多种疾病,并改造疱疹病毒用于靶向治疗。

疱疹病毒是一类在自然界广泛存在的病毒,在感染人体后能够引发多种疾病,包括带状疱疹、出生缺陷、多种免疫系统疾病以及癌症。疱疹病毒包括囊膜、中间体蛋白层、核衣壳和基因组四层结构,其中核衣壳通常被视为一个正二十面体,其上有一个独特的DNA通道,是病毒基因组进出的地方。由于缺乏病毒基因组和衣壳DNA通道的高分辨结构,人们对于病毒粒子的基因组包装过程知之甚少。

在疱疹病毒生命周期中,最关键的过程之一就是将DNA剪切酶“召集”到衣壳独特的DNA 通道上,识别、包装和切割双链DNA,最终产生含有基因组的病毒粒子。当病毒基因组在病毒衣壳内装满后,会发出某种信号,从而切除冗余的DNA以完成组装。研究人员建立了一套特殊算法,利用冷冻电镜获得了疱疹病毒衣壳上DNA通道的原子分辨率结构以及大部分基因组的高分辨率三维结构,发现病毒基因组具有左手超螺旋的缠绕方式和一个无序核心,并且揭示了病毒基因组包装信号的传导方式及基因组如何通过衣壳DNA通道。

该研究展示了疱疹病毒完整的非对称结构,获得了第一个真核生物病毒的DNA通道原子模型,也是第一次探测到DNA在通道里的扭曲状态。审稿人评论说:“作者采用最前沿的局部分类方法对疱疹病毒结构进行了完美解析,堪称高分辨冷冻电镜三维重建的匠心力作。”

毕国强介绍说,通过理解疱疹病毒DNA转运及基因组包装信号获取和传递的基本规则,一方面,有针对性地用于疱疹病毒引起的疾病预防和控制;另一方面,有助于对疱疹病毒进行改造,使其成为更实用的载体工具,并用于肿瘤靶向治疗或大脑神经环路示踪等。

该研究是中国科大合肥微尺度国家研究中心集成影像中心的又一里程碑式成果。集成影像中心是合肥微尺度物质科学国家研究中心与生命科学学院为推进交叉学科发展而建设的创新研究与公共技术平台。(记者杨保国通讯员姚琼)

相关论文信息:

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1248-6

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