多病毒与基因研究 | 上海药物所阐明HCMV骨架蛋白介导衣壳组装调控过程关键机制

人巨细胞病毒（human cytomegalovirus，HCMV）属于疱疹病毒科β亚家族，是一种在人类中广泛传播的双链DNA包膜病毒。HCMV感染可导致先天性出生缺陷，会给免疫能力低下的人群带来致命的危害。病毒衣壳的装配是感染性HCMV形成的关键步骤，也是HCMV新型药物开发的重要可靶向环节。

HCMV骨架蛋白scaffold与基因组进出通道portal相互作用形成的复合物被认为是衣壳装配的启动元件，该元件通过介导主要衣壳蛋白（Major capsid protein, MCP）相互靠拢与互作以完成病毒原衣壳的组装。

在病毒衣壳成熟过程中，与衣壳蛋白结合的scaffold会适时脱离并排出衣壳，同时病毒基因组通过portal进入衣壳形成成熟的病毒核衣壳。以上两个事件之间高度协调，是成熟衣壳产生的标志性事件。然而，HCMV衣壳组装起始复合物如何形成以及scaffold如何介导并调控衣壳装配等科学问题尚未阐明。

2023年4月13日，Nature Communications杂志在线发表了中国科学院上海药物研究所余学奎团队完成的题为“Cryo-electron microscopy structures of capsids and in situ portals of DNA-devoid capsids of human cytomegalovirus”的研究长文。

该研究利用冷冻电镜技术解析了HCMV两种衣壳组装过程中间产物（未启动基因组包装的scaffold天然载体—B型衣壳（pre-packaging）和未成功包装基因组的空心衣壳—A型衣壳（post-release））的portal和非对称衣壳高分辨率结构，发现了scaffold分别与portal和MCP的关键互作细节和基因组包装过程中portal动态结构信息，为深入理解scaffold介导的病毒衣壳组装调控机制和基因组包装动态机制奠定重要基础。

在这项研究中，研究人员通过优化基于细胞核内病毒分离的HCMV制备技术，有效富集并获得高质量的、代表组装过程不同状态的B型衣壳和A型衣壳。利用冷冻电镜技术，研究人员解析出两种衣壳形式portal与衣壳的高分辨率原位结构。

结果表明，pre-packaging和post-release portal在衣壳中的空间位置和局部构象均与基因组包装完成态（packaged）portal具有显著性差异，并从分子水平描绘了基因组包装过程中portal的结构变化，也为疱疹病毒基因组包装“head-full”动态调控机制提供了新的结构证据。

在此基础上，研究人员对A型和B型衣壳进行结构比较，发现scaffold规律性地结合于MCP的dimerization域和Johnson-fold域形成的疏水表面，并首次在B型衣壳中找到了与portal结合的scaffold蛋白密度，其呈现出“loop-helix-loop”的结构特征，能够稳定结合于portal crown域的疏水口袋中。

进一步地分析发现，该结合口袋在packaged portal中被关闭，提示该部分scaffold片段对于启动portal介导的基因组包装是必需的，该结合位点也为靶向衣壳组装过程的抗HCMV药物研发提供了有潜力的干预新位点。

来源：中国科学院上海药物研究所

全文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-37779-0

转自：“威斯腾生命科学研究院”微信公众号

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