Sci Adv | 冷凍電子斷層掃描技術解決HIV衣殼結構
原創(chuàng)?圖靈基因?圖靈基因?2021-11-30 07:03
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英國鉆石光源電子生物成像中心（eBIC）的科學家們利用一種新的技術确沸，使用冷凍電子斷層掃描（cryoET）和亞斷層圖平均（STA）來解析HIV-1衣殼單獨的結構舶治，以及與宿主細胞因子的復合严望。他們的工作使他們能夠利用從電子斷層掃描中獲得的信息，建立整個HIV衣殼的原子模型。該團隊相信御吞，這可以作為開發(fā)衣殼靶向抗病毒藥物的藍圖雹食。
由eBIC主任兼牛津大學結構生物學教授Peijun Zhang博士領導的研究人員在《Science Advances》雜志上發(fā)表的一篇題為“Structure of native HIV-1 cores and their interactions with IP6 and CypA”的文章中報告了他們的發(fā)現(xiàn)。報告的工作涉及牛津大學蛀序、eBIC（the U.K.’s national cryo-electron microscopy facility within Diamond Light Source）以及特拉華大學的科學家之間的合作。
HIV等逆轉錄病毒是有包膜的單鏈正鏈RNA病毒活烙。該研究的主要作者徐裸、牛津大學的Tao Ni評論說：“盡管全球致力于防治艾滋病毒/艾滋病并取得了抗病毒治療的成果，但迄今為止仍有大約3800萬艾滋病毒/艾滋病患者無法完全治愈啸盏≈睾兀”
HIV的RNA基因組被包裹在一個錐形的衣殼內(nèi)。除了在感染的早期階段為宿主先天免疫反應提供保護外回懦，這種衣殼在HIV復制中也起著至關重要的作用气笙，并且是“一個與宿主因素相關的主要平臺”，該團隊繼續(xù)說道怯晕∏逼裕“衣殼在HIV-1復制的早期階段發(fā)揮著多重作用，包括保護基因組免受細胞先天免疫反應的影響和促進逆轉錄舟茶，以及調節(jié)細胞內(nèi)轉運和進入細胞核谭期◎让眨”其中許多功能受其與宿主細胞因子和小分子相互作用的影響。
當逆轉錄病毒感染細胞時崇堵，病毒RNA基因組被逆轉錄成雙鏈DNA型诚，然后整合到宿主基因組中。在感染過程中鸳劳，HIV與Gag多蛋白以未成熟病毒粒子的形式聚集和萌發(fā)狰贯，并經(jīng)歷成熟過程，這一過程涉及蛋白質水解和構象變化赏廓，從未成熟的球形轉變?yōu)槌墒斓腻F形衣殼涵紊。
然而，由于HIV-1衣殼的亞穩(wěn)態(tài)特性幔摸，分離出數(shù)量和濃度均適合于高分辨率結構分析的完全完整的天然衣殼一直具有挑戰(zhàn)性摸柄。膜被洗滌劑溶解后，衣殼會發(fā)生人為解離既忆，這是衣殼純化的傳統(tǒng)方式驱负。“為了解決這個問題患雇，Peijun Zhang的團隊設計了一種新的方法跃脊。”Ni說苛吱，“我們沒有提取洗滌劑酪术，而是在HIV病毒樣顆粒的膜上添加了一種成孔毒素，這避免了與病毒粒子溶解和核分離相關的創(chuàng)傷翠储，同時也使外殼易于接觸外部細胞因子和小分子绘雁。”
作者進一步解釋道援所，“……我們設計了一種新的策略庐舟，通過用穿孔素溶血素O（PFO）處理病毒顆粒，在沒有或存在外源性宿主因子和小分子的情況下任斋，直接對真實的HIV-1核心進行成像继阻。PFO是一種由致病性產(chǎn)氣莢膜梭菌分泌的膽固醇依賴性溶細胞素耻涛，在富含膽固醇的雙層膜（如HIV-1顆粒膜）上形成直徑約40 nm的巨大同源寡聚孔废酷。”
建立了這一實驗方法后抹缕，作者研究了真實的HIV衣殼與細胞因子親環(huán)素a（CypA）和小分子輔因子IP6（六磷酸肌醇）之間的相互作用澈蟆。然后他們應用了電子斷層掃描和亞斷層掃描對這些樣本求平均值∽垦校“我們通過cryoET STA對PFO穿孔的HIV-1 VLP進行成像趴俘，并確定了在載脂蛋白狀態(tài)和存在IP6的情況下HIV-1天然帽狀體的結構睹簇。”
利用這項新技術寥闪，研究小組僅解決了HIV衣殼的結構問題太惠，并以大約5.4?的分辨率解決了它與CypA和IP6的復合物問題。這些結構證實了成熟HIV衣殼中的雙IP6結合位點疲憋，并為IP6和CypA在調節(jié)HIV衣殼穩(wěn)定性中的作用提供了新的見解凿渊。Zhang進一步評論說，“與Juan Perilla教授在特拉華大學的研究小組合作缚柳，利用電子斷層掃描獲得的信息埃脏，我們還建立了整個HIV衣殼的原子模型，該模型可作為開發(fā)針對衣殼的抗病毒藥物的藍圖秋忙。包膜病毒膜的穿孔也為研究其他病毒系統(tǒng)的宿主-病毒相互作用提供了一種新方法彩掐。”
作者總結道：“從技術上講灰追，這項研究將PFO穿孔的VLP確立為一個優(yōu)秀的體外系統(tǒng)堵幽，用于研究宿主細胞因子與真正的HIV-1衣殼之間的相互作用，規(guī)避了從病毒粒子中純化亞穩(wěn)態(tài)核心所固有的困難弹澎。穿孔的VLP使宿主細胞因子和小分子能夠進入天然衣殼谐檀，同時保護病毒核心〔闷妫”
Zhang從事HIV和其他傳染病的研究桐猬，她的工作重點是大分子復合物和組件、病毒和細胞機制的結構和功能研究刽肠，使用綜合結構溃肪、生物化學和計算方法來理解生物復雜性。
作為eBIC的負責人音五，張教授正在建立和領導eBIC惫撰，使其成為世界領先的冷凍電鏡研究、專業(yè)知識和培訓中心躺涝，以及提供尖端冷凍電鏡技術的用戶設施厨钻。eBIC專注于使用最先進的電子顯微技術以高分辨率確定分子、細胞和組織的3D結構坚嗜，并開發(fā)新的方法和技術來推進3D EM成像夯膀。
