墨尔本病毒编码的H2B-H2A组蛋白变体形成结构独特的核小体结构

研究人员发现墨尔本病毒(Melbournevirus)编码一种独特的H2B-H2A组蛋白变体(MV-varH2B-H2A)，与主要组蛋白双联体协同形成仅包裹90bp DNA的不稳定核小体结构(NLP)。通过基因敲除、冷冻电镜(cryo-EM)和分子动力学模拟，揭示该变体通过缩短的α螺旋和缺失的"指节结构域"降低核小体稳定性，可能促进病毒早期基因快速转录。这项发表于《Nature Communications》的研究首次报道了病毒组蛋白变体的功能机制，为理解巨型病毒染色质调控提供了新视角。

　　

在生命演化的长河中，组蛋白(histones)曾被认为是真核生物独有的"基因组管家"，它们将DNA缠绕成核小体(nucleosome)结构，实现遗传信息的高效压缩与精准调控。然而近年来，科学家们在古菌、细菌甚至病毒中陆续发现了组蛋白的踪迹，彻底颠覆了这一认知。其中，能感染阿米巴原虫的巨型病毒——墨尔本病毒(Melbournevirus)尤为特殊，它不仅携带组蛋白基因，还创新性地将组蛋白H4-H3和H2B-H2A分别融合成双联体(doublet)结构。更令人惊讶的是，这种病毒基因组中还隐藏着一个未被充分认识的组蛋白变体基因mel_149，其功能机制和结构特征始终成谜。

来自霍华德·休斯医学研究所(HHMI)和欧洲研究理事会(ERC)的联合团队在《Nature Communications》发表重要成果。研究人员发现mel_149编码的H2B-H2A变体(MV-varH2B-H2A)虽然丰度仅为主要组蛋白双联体的十分之一，却是病毒存活不可或缺的关键元件。通过冷冻电镜解析发现，该变体与病毒H4-H3双联体组装成的核小体仅能稳定包裹90bp DNA，显著少于真核生物核小体的147bp和病毒主要组蛋白形成的124bp。这种"简约版"核小体通过缩短的αC螺旋、缺失的指节结构域(knuckle domain)和二硫键"订书针"等独特设计，在基因组包装与快速释放间取得精妙平衡，可能为病毒早期基因转录按下"加速键"。

研究主要采用四项关键技术：1) 基因敲除实验通过同源重组构建mel_149缺失病毒株，结合反式互补实验验证基因必要性；2) 组蛋白体外重构采用梯度透析法组装核小体样颗粒(NLP)；3) 冷冻电镜单颗粒分析解析4.4?分辨率的三维结构；4) 全原子分子动力学模拟评估二聚核小体堆叠稳定性。

Melbournevirus encodes a conserved shorter H2B-H2A doublet variant that is likely essential for viral fitness
基因敲除实验显示，缺失mel_149的病毒在传代过程中迅速被淘汰，反式互补实验进一步证实该基因对病毒适应性至关重要。序列分析发现MV-varH2B-H2A的H2B区域与任何已知组蛋白差异显著，其H2A部分与宿主阿米巴H2A有40%同源性，但连接区域缩短10个氨基酸，且缺失70个氨基酸的H2A C端尾部。

MV-varH2B-H2A and MV-H4-H3 assemble into structurally unique nucleosome-like particles(NLPs)
冷冻电镜结构显示，变体核小体的DNA结合量减少38%，热稳定性实验证实其解链温度(49.5°C)显著低于主要病毒核小体(52.8°C)。结构比对发现，H2Bα3-αC螺旋界面缩短导致DNA结合位点减少，而连接区域形成的分子内二硫键可能补偿了结构不稳定性。

Melbournevirus NLPs can stack to form stable di-nucleosomes in silico
分子动力学模拟揭示，尽管表面电荷分布不同，变体核小体仍能像人类端粒核小体那样形成稳定的柱状堆叠。这种堆叠模式可能解释病毒颗粒内121bp的超短核小体重复长度，其中H4尾部对维持堆叠稳定性起关键作用。

这项研究首次阐明病毒组蛋白变体的结构-功能关系，突破性地揭示：1) 组蛋白变体调控机制可能早于真核生物起源，在病毒中已演化出精细分工；2) 病毒通过组蛋白双联体融合解决缺乏分子伴侣时的组装难题；3) 不稳定的变体核小体结构可能是病毒协调基因组压缩与快速转录的"分子开关"。这些发现为理解染色质结构的进化起源提供了新范式，也为开发靶向病毒染色质的抗病毒策略开辟了新思路。尤其值得注意的是，墨尔本病毒与宿主阿米巴的组蛋白系统并行演化，暗示病毒可能通过"劫持"宿主表观遗传调控网络实现精细的感染时序控制，这一发现为宿主-病毒互作研究提供了全新维度。