《细胞》:解开HIV感染的又一谜团,科学家首次“抓拍”到病毒进入细胞核的关键步骤

2021-03-02 23:26:03 学术经纬

▎药明康德内容团队编辑

近日,顶尖学术期刊《细胞》杂志上刊发了有关人类免疫缺陷病毒(HIV)的一项最新研究。来自海德堡欧洲分子生物学实验室(EMBL)和海德堡大学医院的科学家们,利用高分辨率成像技术,首次成功观察到HIV在被感染细胞内进入细胞核的过程,阐明了病毒的遗传物质整合到细胞基因组中的重要机制

在介绍这项研究前,我们先来了解下人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)是怎么回事。这种病毒主要感染人体的免疫细胞,包括CD4+淋巴T细胞和巨噬细胞,并以这种方式大大削弱人体的防御能力。

过去的研究让科学家们了解到,病毒的衣壳(capsid)对于HIV-1感染至关重要。衣壳就像一个锥形的蛋白质胶囊,里面装着遗传物质——RNA分子,穿过细胞膜进入细胞质。作为一种逆转录病毒,HIV能将自己的RNA基因组逆转录为双链的DNA,并在细胞核内整合进宿主细胞的基因组,继而启动新病毒的形成。

HIV的衣壳(黄色和紫色所示)包裹着病毒的RNA(蓝色所示)(图片来源:参考资料[2];Credit:Janet Iwasa)

不过,HIV衣壳内的遗传物质如何从细胞质中进一步转运到细胞核,在何时“脱壳”,这一关键步骤迄今为止还是谜团。

而在这项研究中,科学家们利用新开发的三维成像技术,将光学和电子显微镜方法相结合,重建被感染细胞内蛋白复合体的超微三维结构,从而看清了病毒衣壳穿过细胞核核孔(细胞核膜上允许分子进出的开口)的过程。

HIV的衣壳(粉色)正在穿过细胞核膜(黄色)的一个核孔(灰色)(图片来源:参考资料[2])

“过去人们一直认为,HIV-1衣壳的大小超过了核孔的直径,因此HIV-1的遗传物质得在进入细胞核之前脱壳。”研究作者在论文中指出,但他们发现,事实并非如此。

科学家们发现,病毒衣壳可以完整无损地穿过核孔,在细胞核内打开,并释放其中的遗传物质。“我们的数据直接显示了HIV-1复制的关键步骤,并增强了我们对病毒生命周期的理解。”论文摘要总结说。

本研究示意图(图片来源:参考资料[1])

本研究的通讯作者Hans-Georg Kräusslich博士点评道:“病毒基因组如何进入细胞核的问题对其复制至关重要。现有的疗法可以很好地抑制病毒在体内增加,但还不能消除病毒达到真正的治愈。我们的结果有助于为将来的治疗方法寻找新的靶点。”

参考资料:

[1] Vojtech Zila et al., (2021) Cone-shaped HIV-1 capsids are transported through intact nuclear pores. Cell. Doi: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.01.025

[2] A new piece of the HIV infection puzzle explored. Retrieved 2021-02-20, from https://www.embl.org/news/science/hiv-capsid

[3] HIV up close: Unprecedented view of virus reveals essential steps for causing AIDS, Retrieved October 8, 2020, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-10/uouh-huc100220.php

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