A- A+

Science突破:科学家首次在体外重建HIV复制和整合过程,病毒“保护壳”或是治疗突破口

2020/10/10 生物探索
导读:首次在体外揭示了HIV感染宿主细胞的第一步——病毒如何依次完成逆转录和整合,并提供直接证据证明病毒衣壳是HIV感染的重要元件。


人类免疫缺陷病毒(HIV),即艾滋病(AIDS)病毒,是造成人类免疫系统缺陷的一种病毒。当前,抗逆转录病毒疗法(ART)通过阻断病毒酶作用达到抑制病毒复制的效果,为HIV感染者赢得一线生机。

当然,耐药性问题也随之而来。尽管 “鸡尾酒疗法”(高效抗逆转录病毒治疗,HAART)的提出为应对单一ART药物耐药性问题带来了新的出路,但与此同时科学家们也在探索,是否还有其他疗法能够为AIDS患者带来生机?

10月9日,美国弗吉尼亚大学犹他大学的研究人员共同在《Science》发表了题为“Reconstitution and visualization of HIV-1 capsid-dependent replication and integration in vitro”的文章,通过构建一个无细胞系统,首次在体外揭示了HIV感染宿主细胞的第一步——病毒如何依次完成逆转录和整合,并提供直接证据证明病毒衣壳是HIV感染的重要元件


DOI: 10.1126/science.abc8420

犹他大学医学院生物化学系教授Wesley I. Sundquist博士说:“我们正在学习人类所遇到的最重要病原体之一的新知识,这很重要,它帮助我们了解HIV感染宿主细胞的方式。”

HIV是一种单链RNA病毒,为了感染宿主细胞,必须将单链RNA基因组通过逆转录酶逆转录为双链DNA副本,并把该副本整合到宿主染色体中。尽管科学家们通过一系列结构、生化、以及分子病毒学分析分别表征了这两个过程,但是由于病毒粒子深藏于细胞质与细胞核中,因此难以在细胞外对其进行机制上的研究。


HIV-1衣壳依赖性复制与整合的体外重建与可视化

为了克服这个困难,研究人员利用纯化的HIV-1病毒颗粒作为病毒基因组和酶的来源,在无细胞系统中重建了这些过程

首先通过使用一种能穿孔的多肽让HIV-1轻微渗透病毒包膜,接着添加脱氧核苷酸三磷酸(dNTPs)启动了内源性逆转录(ERT)过程,然后添加细胞提取物,模拟病毒DNA整合进外源DNA的过程。深度测序和克隆分析表明,在这个无细胞系统中发生了双链DNA的积累并且病毒DNA整合方式与HIV感染细胞的方式一致

从外观上来看,HIV病毒类似于一个圆形的蛋卷冰淇淋,六角形晶格的衣壳将病毒的遗传物质包裹在里面。先前的研究表明,HIV衣壳的主要作用是保护病毒的遗传物质。但是在这项研究中,研究人员发现,衣壳似乎在病毒感染细胞的过程中起着关键的作用。当使用遗传和生化方法破坏衣壳的稳定性时,HIV竟然无法有效复制其遗传物质。

在进一步分析中,研究人员使用冷冻电子显微镜和分子建模技术让病毒衣壳上的每一个衣壳蛋白可视化。通过近距离观察,研究人员发现,病毒脱壳是通过一系列的分解中间产物进行的,在8~10小时后病毒核酸链会从晶格开口处挤出,并且病毒衣壳在ERT反应期间基本上保持完整。


病毒复制过程中的影像核心。(A) 在标准ERT条件下,8到10小时后观察到的破裂岩芯的断层切片。(B)衣壳晶格映射及三维排列图

这是首次有研究直接证明,衣壳不仅是病毒的“包装”,还是其感染过程起着积极作用。

Sundquist说:“这与教科书写的不同。我们的数据表明,病毒衣壳在支持有效的逆转录中起着积极和不可或缺的作用。”

总之,这项研究使人们对HIV的感染原理有了新的认识,也有助于解释为何一些针对HIV衣壳的在研药物在临床实验中表现突出,说明HIV衣壳或许是改善AIDS这种终身性疾病治疗方式的重要突破口。

参考资料:

1.Reconstitution and visualization of HIV-1 capsid-dependent replication and integration in vitro

2.HIV up close: Unprecedented view of virus reveals essential steps for causing AIDS

3.人类免疫缺陷病毒(HIV)衣壳蛋白之漫漫征程

关闭提示
回到顶部