疱疹病毒基因组包装关键机制被揭示

人单纯疱疹病毒1型(HSV-1)DNA通道蛋白的原子分辨三维结构

(记者杨通讯员)5月30日，《自然》杂志在网上发表了中国科技大学生命科学学院合肥微尺度材料科学国家研究中心博士、毕国强教授及其合作者的研究论文。他们首次利用冷冻电镜分析了人类疱疹病毒基因组包装的关键机制和病毒的DNA基因组结构，这有助于预防和控制由疱疹病毒引起的各种疾病，并对疱疹病毒进行靶向治疗。

疱疹病毒是一种广泛存在于自然界的病毒，在感染人体后可引起多种疾病，包括带状疱疹、出生缺陷、各种免疫系统疾病和癌症。疱疹病毒由包膜、中间蛋白层、核衣壳和基因组四层结构组成，其中核衣壳通常被认为是具有独特DNA通道的规则二十面体，是病毒基因组进出的场所。由于缺乏病毒基因组和衣壳DNA通道的高分辨率结构，对病毒颗粒的基因组包装过程知之甚少。

在疱疹病毒的生命周期中，最关键的过程之一是将DNA剪刀“组装”到衣壳的独特DNA通道上，识别、包装和切割双链DNA，最终产生含有基因组的病毒颗粒。当病毒基因组充满病毒衣壳时，它会发出某种信号，从而切断多余的DNA完成组装。研究人员建立了一种特殊的算法，利用冷冻电子显微镜获得了疱疹病毒衣壳上的DNA通道的原子分辨率结构和大多数基因组的高分辨率三维结构。他们发现病毒基因组具有左旋超螺旋缠绕模式和无序核心，揭示了病毒基因组包装信号的传递方式和基因组如何通过衣壳DNA通道。

该研究揭示了疱疹病毒的完全不对称结构，获得了第一个真核病毒DNA通道的原子模型，也首次检测到了通道中DNA的扭曲状态。评论家评论说:“作者用最先进的局部分类方法完美地分析了疱疹病毒的结构，这可视为高分辨率冷冻电子显微镜三维重建的杰作。”

毕国强说，通过了解疱疹病毒DNA运输和基因组包装信号采集和传输的基本规律，一方面可以将其应用于疱疹病毒引起的疾病的预防和控制。另一方面，它有助于将疱疹病毒转化为更实用的载体工具，并可用于肿瘤靶向治疗或脑神经环路追踪等。

这项研究是中国科学技术大学合肥微尺度国家研究中心综合成像中心的又一个里程碑式的成果。集成成像中心是合肥国家微尺度材料科学研究中心和生命科学学院为促进交叉学科发展而建设的创新研究和公共技术平台。

相关纸质信息:

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1248-6

中国科学新闻(2019-05-31，第一版集锦)