武汉病毒所发表Cell封面文章

【字体: 时间:2010年05月31日 来源:生物通

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  来自中科院武汉病毒所水生病毒及结构与功能研究学科组,美国加州大学洛杉矶分校的研究人员发现了无包被病毒在入侵细胞的过程中膜穿透蛋白的新机制,这一研究为解析此类病毒入侵细胞的特点,以及相关病毒性疾病的防治提供了重要信息。这一研究成果公布在Cell的封面上。

  

生物通报道:来自中科院武汉病毒所水生病毒及结构与功能研究学科组,美国加州大学洛杉矶分校的研究人员发现了无包被病毒在入侵细胞的过程中膜穿透蛋白的新机制,这一研究为解析此类病毒入侵细胞的特点,以及相关病毒性疾病的防治提供了重要信息。这一研究成果公布在Cell的封面上。


(来自Cell,图片上演示了无包膜dsRNA病毒入侵过程)

无包膜病毒为了能进入细胞,需要经由一个休眠到初免的过程,但是相对与包被病毒,比如流感病毒,科学家们对于无包膜病毒的膜侵入机制了解的并不多。

在这项合作研究中,研究人员以无包膜的双链RNA病毒——草鱼呼肠孤病毒(Grass Carp Reovirus, GCRV)为研究模型,采用单颗粒低温冷冻电子显微技术构建了GCRV感染性亚病毒颗粒(ISVP)高分辨率的原子模型,此模型包括膜穿透蛋白VP5和三种核心蛋白的6种构象异构体近5000个蛋白残基,突破性地揭示了病毒入侵过程中膜穿透蛋白由静息(dormant)状态到起动(Priming)状态转换的动态过程。这一创新性发现为进一步研究病毒入侵机制以及相关病毒性疾病的防治提供了重要的依据。

一直以来,科学家们对于包膜病毒细胞进入的膜融合机制的研究已经十分深入,但是对于无包膜病毒的细胞入侵机制却知之甚少。隶属于武汉病毒所病毒学国家重点实验室的水生病毒及结构与功能学科组主要的研究方向是以水生生物病毒-草鱼呼肠孤病毒(Grass Carp Reovirus,GCRV)为研究模型,进行包括人类、哺乳动物、水生动物、植物、昆虫的dsRNA病毒的基因组与衣壳蛋白的结构与功能比较研究,探讨dsRNA病毒内源性转录复制机理以及病毒外衣壳蛋白在侵染过程中与宿主细胞的相互作用。

目前,相关研究工作正进一步推进与展开。通过构建突变的外衣壳蛋白基因重组克隆,在体外表达带有功能位点突变的外衣壳蛋白及进行与核衣壳的体外包装,以期对无包膜病毒进入细胞的分子机制获得更深入的了解,最终达到阻断病毒感染的目的。

在这项研究中,加州大学洛杉矶分校的研究人员主要承担低温电镜与三维结构重构方面的工作,武汉病毒研究所的研究人员则承担超纯病毒样品的制备及分子生物学工作,其它方面的内容可以参见生物通专访文章:专访方勤:Cell文章中的病毒学突破性发现

(生物通:万纹)

原文摘要:

3.3 Å Cryo-EM Structure of a Nonenveloped Virus Reveals a Priming Mechanism for Cell Entry

To achieve cell entry, many nonenveloped viruses must transform from a dormant to a primed state. In contrast to the membrane fusion mechanism of enveloped viruses (e.g., influenza virus), this membrane penetration mechanism is poorly understood. Here, using single-particle cryo-electron microscopy, we report a 3.3 Å structure of the primed, infectious subvirion particle of aquareovirus. The density map reveals side-chain densities of all types of amino acids (except glycine), enabling construction of a full-atom model of the viral particle. Our structure and biochemical results show that priming involves autocleavage of the membrane penetration protein and suggest that Lys84 and Glu76 may facilitate this autocleavage in a nucleophilic attack. We observe a myristoyl group, covalently linked to the N terminus of the penetration protein and embedded in a hydrophobic pocket. These results suggest a well-orchestrated process of nonenveloped virus entry involving autocleavage of the penetration protein prior to exposure of its membrane-insertion finger.

作者简介:

方勤, 女,理学博士,中国科学院武汉病毒研究所研究员,博士生导师。1997-1998,1999年先后在美国匹兹堡大学医学院(University of Pittsburgh, School of Medicine) 分子遗传与生化系及日本大阪大学( University of Osaka) )蛋白质研究所进修学习。2008年在美国加州大学洛杉矶分校(UCLA,MIMG/CNSI)进行dsRNA病毒基因组及病毒结构与功能合作研究。长期以来,主要从事草鱼呼肠孤病毒(GCRV)基础生物学与分子生物学的系统研究;开展过HBV诊断试剂的研制与开发应用,卡波氏肉瘤相关疱疹病毒(KSHV)分子流行病学等研究工作。主持承担了国家重点基础研究项目973课题,完成了多项国家自然科学基金资助项目及中国科学院创新课题。在国内外核心刊物发表研究论文50余篇。获国家授权发明专利2项,专著2部。2000年在国际上首次报道GCRV与哺乳动物呼肠孤病毒MRV在基因组水平进化上具有高度的同源性。目前主要研究方向为GCRV衣壳蛋白结构与功能,及病毒非结构蛋白在复制与组装中的功能研究。

近期代表性学术论文 / Selected Publications

1. Cheng, L., Zhu, J., Hui, W.H., Zhang, X., Honig, B., Fang, Q.* & Zhou, Z.H*. Backbone model of an aquareovirus virion by cryo-electron microscopy and bioinformatics, J Mol Biol, 2010(397)852-863.with cover.
2. Zhu, J.,Cheng, L., Fang, Q., Zhou, Z.H*. & Honig, B*. Building and Refining Protein Models within Cryoelectron Microscopy Density Maps Based on Homology Modeling and Multiscale Structure Refinement. J Mol Biol, 2010(397)835-851.with cover.
3. Cheng Lingpeng, Qin Fang*, Sanket Shah, Ivo C. Atanasov and Z. Hong Zhou*, Subnanometer-resolution Three-Dimensional Structures of the Grass Carp Reovirus Core and Virion, JMB, 2008, 382:213-222. with cover.
4. Fauziah Mohd Jaafar, -- Qin Fang, -- Houssam Attoui. Complete characterisation of the American grass carp reovirus genome (genus Aquareovirus: family Reoviridae) reveals an evolutionary link between aquareoviruses and coltiviruses. Virology. 2008, 10; 373(2):310-321.
5. Fang Q*, Seng E.K. , Ding Q.Q., Zhang,L.L. Characterization of Infectious Particles of Grass Carp Reovirus by Treatment with Proteases. Arch Virol, 2008, 153:675-682.
6. Fang Q*., Sanket Shah, Y.Y. Liang, Z. H. Zhou*., 3D Reconstruction and Capsid Protein Characterization of Grass Carp Reovirus. Sciences in China Ser C. Life Sciences, 2005, 48(6):593-600.
7. Attoui, H. , Q. Fang, F. Mohd Jaafar, J. F. Cantaloube, P. Biagini, P. de Micco and X. de Lamballerie. Common Evolutionary Origin of Aquareoviruses and Orthoreoviruses Revealed by Genome Characterization of Golden Shiner Reovirus, Grass Carp Reovirus, Striped Bass Reovirus and Golden ide Reovirus (genus Aquareovirus, family Reoviridae)( 2002). J Gen Virol , 83:1941-1951.
8. Fang Q., Houssam.Attoui, Jean Francois philippe biagini,Zuoyan Zhu,Philippe de Micco,Xavier deLamba.Sequence of Genome Segments 1,2 and 3 of the Grass Carp Reovirus(Genus Aquareovirus,Family Reoviridae), Biochemical and Biophisical Research Communication,2000,274(3),762-766.

 

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