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電鏡術(shù)進(jìn)展揭示HIV等病毒的秘密

日期:2014-11-19 08:53:00

 最近,加州大學(xué)(UC)戴維斯分校的研究人員,受益于學(xué)校開(kāi)發(fā)的新型電子顯微鏡技術(shù),對(duì)HIV及其他病毒的運(yùn)行方式有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。

 

HIV包膜蛋白envelope proteinEnv是疫苗生產(chǎn)商的主要目標(biāo):它是RV144(一種實(shí)驗(yàn)性疫苗,目前為止是臨床試驗(yàn)中有成功希望的唯一候選疫苗)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。Env蛋白,也被稱(chēng)為gp120,與另外一種稱(chēng)為gp41的蛋白質(zhì)聯(lián)合,三種gp120/gp41單位聯(lián)合在一起形成最終的三聚體結(jié)構(gòu)。gp120三聚體是允許HIV進(jìn)入和攻擊宿主細(xì)胞的機(jī)器。

 

R. Holland Cheng教授在加州大學(xué)戴維斯分校的實(shí)驗(yàn)室以前表明,gp120三聚體如何可以改變其構(gòu)象,就像一朵開(kāi)放的花。發(fā)表在20141114日的《Nature Scientific Reports》雜志的這項(xiàng)新研究表明,一個(gè)可變的環(huán)V2,位于三聚體的底部,在那里它有助于固定gp41的位置,而不是如以前認(rèn)為的,位于結(jié)構(gòu)的頂部。Cheng說(shuō):“這挑戰(zhàn)了現(xiàn)有關(guān)于HIV Env蛋白免疫原結(jié)構(gòu)的教條。”

 

研發(fā)一種對(duì)抗HIV的疫苗,一直都很困難,至少部分是因?yàn)椴《颈砻娴牡鞍踪|(zhì)變化太快。對(duì)gp120/Env三聚體結(jié)構(gòu)有更好的了解,可以幫助我們找到這些蛋白質(zhì)變化更少的區(qū)域,通常不暴露于免疫系統(tǒng),這可能是一種疫苗的靶標(biāo)。

 

了解病毒進(jìn)入

 

Cheng實(shí)驗(yàn)室緊接著發(fā)表的后兩篇論文,利用電子顯微鏡的新技術(shù),來(lái)探討一些常見(jiàn)病毒如何劫持正常的細(xì)胞過(guò)程而進(jìn)入細(xì)胞。

 

Cheng實(shí)驗(yàn)室開(kāi)創(chuàng)了冷凍電子顯微鏡技術(shù)。傳統(tǒng)的電子顯微鏡依靠用重金屬元素涂抹或浸漬樣品。冷凍電子顯微鏡用極低的溫度來(lái)冷凍適當(dāng)位置的生物學(xué)結(jié)構(gòu)。

 

通過(guò)拍攝稍微不同角度的多幅圖像,并用計(jì)算機(jī)重建它們,Cheng已經(jīng)能夠產(chǎn)生病毒和病毒蛋白質(zhì)(特別是病毒感染的細(xì)胞)的三維圖像。

 

然而,由于來(lái)自于樣本的電子散射方式,冷凍電子顯微鏡只能使用有限范圍的角度,在成像感染細(xì)胞中產(chǎn)生一個(gè)“缺失的楔子”。其中一篇最近發(fā)表在《PLOS One》的論文中,Lassi Paavolainen及其同事提出了一種新型統(tǒng)計(jì)技術(shù),來(lái)重建這些缺失的數(shù)據(jù),而沒(méi)有樣品的先驗(yàn)知識(shí)。

 

在同時(shí)發(fā)表的一篇論文中,Pan Soonsawad及其同事應(yīng)用新技術(shù)來(lái)研究囊泡——當(dāng)一種小核糖核酸病毒進(jìn)入時(shí)細(xì)胞內(nèi)部形成的小氣泡。小核糖核酸病毒是一個(gè)大組,包括引起感冒、腸道感染、脊髓灰質(zhì)炎、甲肝和嬰幼兒感染性手足口病的病毒。

 

小核糖核酸病毒通過(guò)使自己卷進(jìn)一個(gè)核內(nèi)體而進(jìn)入細(xì)胞。然后它們退出核內(nèi)體,在宿主細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中復(fù)制它們的遺傳物質(zhì)RNA。

 

這項(xiàng)新研究表明,核內(nèi)體鑲有稱(chēng)為整合素的宿主蛋白質(zhì),它存在于細(xì)胞膜上。當(dāng)整合素在細(xì)胞膜中聚集在一起時(shí),它們就向細(xì)胞內(nèi)發(fā)送信號(hào)。Cheng說(shuō),病毒利用這種行為。通過(guò)將自己依附于一個(gè)細(xì)胞,病毒將整合素聚集到自身,觸發(fā)核內(nèi)體的形成。

 

Cheng說(shuō):“這種病毒將整合素聚集成一種模式,因此它可以被宿主細(xì)胞‘吞噬’。”

 

新的圖像顯示,一旦在里面,隨著病毒將其遺傳物質(zhì)釋放到細(xì)胞內(nèi),核內(nèi)體分解,從而導(dǎo)致大量的病毒復(fù)制。

 

盡管它們會(huì)引發(fā)疾病,Cheng發(fā)現(xiàn)病毒有其自身的魅力。他說(shuō):“病毒是美麗的,因?yàn)樗凶约旱膸缀涡螤?,可以被重?fù)使用,并可以被重新設(shè)計(jì)用于人類(lèi)利益。”

 

事實(shí)上,Cheng實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)申請(qǐng)了技術(shù)專(zhuān)利,利用來(lái)自戊型肝炎病毒外殼的自組裝蛋白質(zhì),包括利用它們傳遞藥物或疫苗,或靶定乳腺癌。

 


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