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人巨细胞病毒(HCMV)是一种普遍存在的病原体，可导致危及生命的疾病，在免疫功能低下的个体。
疱疹病毒颗粒的形态发生高度保守；然而，人巨细胞病毒（HCMV）的衣壳组装和基因组包装具有独特的特点。这些例子包括小衣壳蛋白（SCP）的重要作用和β-疱疹病毒特异性衣壳相关蛋白pp150的存在。SCP和pp150以及UL77和UL93蛋白是重要的衣壳成分，但其确切的作用机制尚不清楚。在这里，我们分析了编码pUL77、pUL93、pp150或SCP的开放阅读框（orf）的缺失对核衣壳蛋白质组成的影响。这是通过产生缺乏相应基因的HCMV基因组，结合高效的转染技术，我们可以直接分析转染细胞中的这些突变体。当缺失pUL77、pUL93或pp150时，没有观察到明显的影响，但SCP的缺失会阻碍衣壳的组装，这是由于主壳蛋白（MCP）的大量减少造成的。反之，当缺乏MCP时，SCP变得不可检测，这表明SCP和MCP相互依赖，以建立适当的蛋白质水平。介导稳定的MCP水平的SCP结构域可以缩小到一个C端螺旋，已知它可以传递MCP结合。有趣的是，SCP-EGFP（增强型绿色荧光蛋白）融合蛋白的作用方式不同，因为衣壳装配没有被取消；然而，含有衣壳的SCP-EGFP缺乏DNA，并被困在类晶核结构中。这些结果表明SCP在HCMV中是必需的，因为它影响MCP水平，并揭示SCP是抗病毒抑制剂的潜在靶点。
重要性人巨细胞病毒（HCMV）是一种普遍存在的致病菌，在免疫功能低下的个体中引起危及生命的疾病。病毒特异性的过程，如衣壳组装和基因组包装可以用来设计新的抗病毒策略。在这里，我们报道了HCMV小壳蛋白（SCP）的一种新功能，即确保主衣壳蛋白（MCP）的稳定水平，从而控制衣壳的组装。此外，我们发现小衣壳蛋白和主要衣壳蛋白之间存在相互依赖关系，以保证其他各自蛋白质的适当水平，并能够将负责此效应的SCP结构域锁定到先前显示的介导与主衣壳蛋白结合的区域。总之，我们的数据有助于理解SCP如何在HCMV感染循环中发挥重要作用。此外，破坏SCP-MCP界面可能为新型抗病毒药物的开发提供一个起点。
HCMV属于疱疹病毒，是Betaher-pesvirinae亚家族的原型成员。HCMV颗粒的形态发生过程与其他疱疹病毒相似，尽管有一些重要的区别。HCMV衣壳是一种二十面体结构，其中主要的衣壳蛋白（MCP）排列成150个六角体和11个penton顶点。第12个顶点是由十二进制门建立的，病毒基因组通过这个门进入衣壳。Hexons和pentons在衣壳底部由两个副壳蛋白（mCP）和一个mCP结合蛋白（mCP-BP）组成的三重蛋白连接。小衣壳蛋白（SCP）修饰着MCP分子的顶端，是MCP中分化最为明显的衣壳蛋白疱疹病毒科无论是结构上还是功能上(1,2)。值得注意的是，SCP在β-疱疹病毒中是必不可少的(3)而在α-和γ-疱疹病毒中则不是(4,5)。HCMV衣壳组装开始于细胞质中，小的和主要的衣壳蛋白相互作用，然后与支架蛋白pAP（组装蛋白前体）和pPR（蛋白酶前体）结合；图1)。同样，三重蛋白mCP和mCP-BP也存在于细胞质中。随着衣壳蛋白和支架蛋白的核导入（由支架中的核定位信号和mCP-BP介导），球形前囊被组装起来，被认为是DNA包装的基质(6–8)。240 kbp的线性HCMV DNA基因组被复制为头尾相连病毒基因组的结合体，其包被与尾状噬菌体相似，涉及DNA代谢酶，命名为末端酶，将连接体切割成单位长度的基因组。成功的基因组包装与pPR的激活同时发生，其机制尚不清楚，随后pAP裂解成AP并排出支架裂解产物(图1).由此产生的充满DNA的C衣壳经历核排出，随后感染性后代在细胞质中的组装包括添加被皮蛋白和用脂膜包裹。流产的DNA包装事件导致空壳，称为A衣壳，而由于不及时的支架断裂导致原囊的自发成角，产生保留支架但缺乏病毒DNA基因组的B衣壳(1)。A和B衣壳被认为是病毒基因组包装的死胡同(图1)，尽管中间形式的B衣壳也被报道参与基因组包埋(8–10)。
除了衣壳和末端酶组分外，HCMV DNA包封还需要额外的必需病毒蛋白。其中包括pUL77和pUL93，它们是核衣壳的组成部分。正如脉冲场凝胶电泳（UL77和UL93空基因组）和游离基因组末端分析（UL93停止突变）所示，在UL77或UL93开放阅读框（ORF）缺失时，这两种蛋白质都是产生DNA填充衣壳所必需的[11,12])。值得注意的是，HCMV-ΔUL77突变体的表型与相应的α-疱疹病毒突变体（单纯疱疹病毒1型[HSV-1]或伪拉比病毒[PRV]）的表型不同，因为单位长度基因组和C衣壳是通过删除同源UL25基因的HSV-1和PRV突变体获得的(13–15)。这表明pUL77在α-疱疹病毒中的作用与UL25同源物不同。在PRV和HSV-1中，pUL25和pUL17（hcmvul93-ortolog）构建位于penton顶点的衣壳顶点特异复合物（CVSC），在基因组包装后稳定C衣壳(16,17).此外，确定pUL25形成门脉帽(18,19)，封闭DNA填充的衣壳，以及pUL77在HCMV门脉顶点的类似作用最近被假定(20,21).虽然大小相似，但HCMV衣壳必须容纳比α-疱疹病毒大得多的基因组（240 kbp对~150 kbp），因此由于基因组密集，承受着更高的压力(22,23).因此，在HCMV中，α-疱疹病毒CVSC的功能被β-疱疹病毒特异的必需被膜蛋白pp150所取代，pp150将衣壳包裹成一个紧密的网状层，同时接触六角体和penton顶点(图1) (23–25)。与这个假设一致，Δpp150型突变体产生了A、B和C衣壳，但胞质核衣壳较少(26).此外，据报道pp150与衣壳的结合依赖于SCP(27).直到最近，还不清楚HCMV pUL77和pUL93是否位于与α-疱疹病毒相似的戊聚糖上，特别是由于pp150占据了penton似乎排除了pUL77/pUL93的同时掺入。最近，低温电子显微镜（EM）研究表明，在大约一半的HCMV颗粒中，在penton顶点的一些pp150分子被pUL77/pUL93取代，尽管pUL77/pUL93的占有率很低(20)。更为复杂的是，很明显，最初被认为只位于六角体上的SCP也存在于pentons上(23)。因此，penton顶点必须容纳多种病毒蛋白，它们之间的相互作用只有部分了解。在这种情况下，需要指出的是，所有冷冻电镜数据都是基于细胞外病毒离子，这些病毒离子是通过洗涤剂处理从被膜和外壳蛋白中剥离出来的，这可能导致其他被膜和衣壳相关蛋白的丢失。此外，核衣壳的蛋白质组成可能不同于细胞外病毒颗粒，因为核排出的复杂机制可能包括被皮剥脱步骤以及衣壳相关蛋白的重排(10,28)。然而，核衣壳的高分辨率冷冻电镜分析尚未实现，主要是由于HCMV感染细胞产生的衣壳数量较少。此外，固有无序的蛋白质区不能用冷冻电镜来分辨；例如，对于SCP的N端子部分或pp150的C端子半部分来说就是这样。
在这项研究中，我们研究了编码pUL77、pUL93、pp150或SCP的orf的缺失对HCMV核衣壳蛋白组成的影响。为此，我们产生了缺乏相应orf的HCMV细菌人工染色体（BACs），并采用了先前建立的转染技术，腺感染(29)，这使得我们可以直接研究BAC转染细胞中重要基因缺失的后果。通过将这种高效的转染方法与随后的核衣壳分离相结合，我们发现由于MCP水平的急剧降低，SCP的缺乏严重损害了衣壳的组装。为了研究类似的效应是否可以解释先前观察到的SCP-EGFP（增强绿色荧光蛋白）融合蛋白对病毒离子产生的显性负作用，我们在分析中包括了表达SCP-EGFP的HCMV突变体。有趣的是，SCP-EGFP不影响MCP水平，但作用于衣壳形成后的一个步骤。我们的研究结果首次阐明了SCP-MCP相互作用在病毒感染中的生物学作用，并阐明了SCP在HCMV中的重要作用。最后，我们的发现指出了HCMV组装过程中新的药物靶向步骤。
