电镜术进展揭示HIV等病毒的秘密

最近，加州大学（UC）戴维斯分校的研究人员，受益于学校开发的新型电子显微镜技术，对HIV及其他病毒的运行方式有了一个全新的认识。相关研究结果分别发表在最近的《Nature Scientific Reports》和《PLOS One》杂志。

　　

生物通报道：最近，加州大学（UC）戴维斯分校的研究人员，受益于学校开发的新型电子显微镜技术，对HIV及其他病毒的运行方式有了一个全新的认识。

HIV包膜蛋白（envelope protein）Env是疫苗生产商的主要目标：它是RV144（一种实验性疫苗，目前为止是临床试验中有成功希望的唯一候选疫苗）的一个关键组成部分。Env蛋白，也被称为gp120，与另外一种称为gp41的蛋白质联合，三种gp120/gp41单位联合在一起形成最终的三聚体结构。gp120三聚体是允许HIV进入和攻击宿主细胞的机器。

R. Holland Cheng教授在加州大学戴维斯分校的实验室以前表明，gp120三聚体如何可以改变其构象，就像一朵开放的花。发表在2014年11月14日的《Nature Scientific Reports》杂志的这项新研究表明，一个可变的环V2，位于三聚体的底部，在那里它有助于固定gp41的位置，而不是如以前认为的，位于结构的顶部。Cheng说：“这挑战了现有关于HIV Env蛋白免疫原结构的教条。”

研发一种对抗HIV的疫苗，一直都很困难，至少部分是因为病毒表面的蛋白质变化太快。对gp120/Env三聚体结构有更好的了解，可以帮助我们找到这些蛋白质变化更少的区域，通常不暴露于免疫系统，这可能是一种疫苗的靶标。

了解病毒进入
Cheng实验室紧接着发表的后两篇论文，利用电子显微镜的新技术，来探讨一些常见病毒如何劫持正常的细胞过程而进入细胞。

Cheng实验室开创了冷冻电子显微镜技术。传统的电子显微镜依靠用重金属元素涂抹或浸渍样品。冷冻电子显微镜用极低的温度来冷冻适当位置的生物学结构。

通过拍摄稍微不同角度的多幅图像，并用计算机重建它们，Cheng已经能够产生病毒和病毒蛋白质（特别是病毒感染的细胞）的三维图像。

然而，由于来自于样本的电子散射方式，冷冻电子显微镜只能使用有限范围的角度，在成像感染细胞中产生一个“缺失的楔子”。其中一篇最近发表在《PLOS One》的论文中，Lassi Paavolainen及其同事提出了一种新型统计技术，来重建这些缺失的数据，而没有样品的先验知识。

在同时发表的一篇论文中，Pan Soonsawad及其同事应用新技术来研究囊泡——当一种小核糖核酸病毒进入时细胞内部形成的小气泡。小核糖核酸病毒是一个大组，包括引起感冒、肠道感染、脊髓灰质炎、甲肝和婴幼儿感染性手足口病的病毒。

小核糖核酸病毒通过使自己卷进一个核内体而进入细胞。然后它们退出核内体，在宿主细胞的细胞质中复制它们的遗传物质RNA。

这项新研究表明，核内体镶有称为整合素的宿主蛋白质，它存在于细胞膜上。当整合素在细胞膜中聚集在一起时，它们就向细胞内发送信号。Cheng说，病毒利用这种行为。通过将自己依附于一个细胞，病毒将整合素聚集到自身，触发核内体的形成。

Cheng说：“这种病毒将整合素聚集成一种模式，因此它可以被宿主细胞‘吞噬’。”

新的图像显示，一旦在里面，随着病毒将其遗传物质释放到细胞内，核内体分解，从而导致大量的病毒复制。

尽管它们会引发疾病，Cheng发现病毒有其自身的魅力。他说：“病毒是美丽的，因为它有自己的几何形状，可以被重复使用，并可以被重新设计用于人类利益。”

事实上，Cheng实验室已经申请了技术专利，利用来自戊型肝炎病毒外壳的自组装蛋白质，包括利用它们传递药物或疫苗，或靶定乳腺癌。

（生物通：王英）

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生物通推荐原文：
1. Carlos G. Moscoso, Li Xing, Jinwen Hui, Jeffrey Hu, Mohammad Baikoghli Kalkhoran, Onur M. Yenigun, Yide Sun, Lassi Paavolainen, Loïc Martin, Anders Vahlne, Carlo Zambonelli, Susan W. Barnett, Indresh K. Srivastava, R. Holland Cheng. Trimeric HIV Env provides epitope occlusion mediated by hypervariable loops. Scientific Reports, 2014; 4: 7025 DOI: 10.1038/srep07025
2. Pan Soonsawad, Lassi Paavolainen, Paula Upla, Wattana Weerachatyanukul, Nina Rintanen, Juan Espinoza, Gregory McNerney, Varpu Marjomäki, R. Holland Cheng. Permeability Changes of Integrin-Containing Multivesicular Structures Triggered by Picornavirus Entry. PLoS ONE, 2014; 9 (10): e108948 DOI: 10.1371/journal.pone.0108948