全文编译!我国迷信家在Science期刊上解析出非洲猪瘟病毒的高分辩率三维构造并提醒它的组装机制 |
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ASFV衣壳的伪六聚体壳粒的高温电镜构造图经过对存在于三重对称壳粒集合体中的等效拷贝停止部分均化处置而获得进一步改良,从而取得4.1?的分辩率(图2A和弥补附图S3)。衣壳卵白的骨架和很多侧链可被明白肯定,这使得这些研讨人员可以构建ASFV次要衣壳卵白p72的原子模子。每个伪六聚体壳粒由3个p72分子构成,一种五邻体卵白(一种不是p72的卵白)的5个拷贝组成一个五聚体壳粒。装潢衣壳内外表的很多其他未说明的密度代表主要的衣壳卵白(图1C),它们很能够有助于衣壳组装并坚持衣壳外壳的波动性。为了肯定这些主要衣壳卵白的潜在身份,他们经过质谱剖析了在PBM细胞中增殖后发生的细胞外ASFV病毒颗粒的卵白构成,判定出63种病毒卵白和25种宿主细胞卵白,比拟于近期对Vero细胞培育的ASFV毒株BA71的剖析成果,多了13种病毒卵白。这些主要衣壳卵白该当在这些病毒卵白中。将剖析、ASFV颗粒中的卵白品貌程度、高温电镜图类似性与猜测的靶卵白构造特点(包含卵白序列、卵白二级构造和卵白拓扑构造)联合起来,招致判定出这种五邻体卵白(H240R)和三种主要衣壳卵白(p17,p49和M1249L)(图1C)。衣壳外壳(outer capsid shell)的每个二十面体纰谬称单位包括46个伪六聚体壳粒,个中的6个伪六聚体壳粒位于五重对称壳粒集合体(a、b、c、d、e和f)中,剩下的40个位于三重对称壳粒集合体(A,B,C,D, E,F,G,H,I,J,K,L,M,N,O,P,Q,R,S,T,U,V,W,X,Y,Z,A",B", C"D",E",F",G",H",I",J",K",L",M"和N")中。这种五邻体卵白和这三种主要衣壳卵白(p17,p49和M1249L)在衣壳外壳正下方构成一个庞杂的收集,从而让全部衣壳坚持波动(图1,C和D)。
鉴于细胞内ASFV和细胞外ASFV都具有沾染性这一现实,组合应用经过靶向外膜卵白和衣壳卵白来阻断这两品种型沾染的抗体才干无效抵御ASFV。p72是症结的维护性抗原之一,针对它的单克隆抗体已显示出能中和强毒性的ASFV别离株。p72在病毒衣壳上构成同源三聚体,每个单体采取双果冻卷(double jelly-roll)构造,从而组成伪六聚体壳粒(也称为p72壳粒)。在很多其他病毒衣壳卵白(图2B,弥补附图S4和S5)中也发明了相似的双果冻卷褶皱构造,包含腺病毒,噬菌体PRD1和牛痘病毒。由八个反平行β链(从B到I)构成的单果冻卷构造((single jelly-roll))存在于更多的病毒衣壳卵白中,这是来源自配合祖先的标记。与其他的双果冻卷衣壳卵白一样,D1E1、D2E2、F1G1和H1I1环中的四个拔出片断构成裸露区域(ER)。这些ER与N端基底构造域配合决议了分歧病毒类型之间的特异性差别。在空间构造上,p72壳粒的冠状构造由ER1及其临近的ER2构成,并朝向衣壳的外侧,这能够有助于一个构象表位的构成。统一亚基中来自ER3和ER4的β链组成了一个构成p72壳粒头部的四链β折叠(four-stranded β-sheet),这能够代表了另一个构象表位。被ER1、ER2和ER4包抄的ER3能够衔接这两个构象表位。这四个ER很能够肯定了这些中和性表位,可用于指点ASF疫苗设计(图2,B和C)。
图2.p72的构造和组装。图片来自Science, 2019, doi:10.1126/science.aaz1439。
p72壳粒除了包抄五邻体来填充五重对称壳粒集合体外,还聚积在一路构成三重对称壳粒集合体和拉链构造(图1,C和D)。 p72壳粒采取分歧的陈列方法以许可三种分歧的组装形式:“头对背”,“头仇人”和“背对背”(图2D)。在三重对称壳粒集合体内,一切p72壳粒头对背陈列以构建两品种型的p72壳粒三聚体(图2D中标志为1和1",个中类型1在拟等价三重轴(quasi-equivalent threefold axis)上的互相感化较小,而类型1"在在拟等价三重轴上具有较慎密的联系关系性)(图2D)。在拉链构造和五重对称壳粒集合体中,p72壳粒具有一切三种接触形式,个中“头仇人”联系关系以两种方式存在(图2D中标志为2和2"),而“背对背”互相感化产生在三种分歧的微情况中(在图2D中标志为3、3"和3"")。拉链构造中的“头仇人”互相感化慎密切近由两个相邻的ER1构成的一个四链β-折叠,而五重对称壳粒集合体中的响应互相感化因为p7壳粒的绝对扭转而明显下降,这种绝对扭转是五重对称壳粒集合体中较高的曲率招致的(图2D)。比拟之下,与在3’’微情况中构成四螺旋束的五重对称壳粒集合体中的“背靠背”接触比拟,拉链构造中的背对背接触是最弱的(图2D)。总的来说,拉链构造中的“背对背”接触和五重对称壳粒集合体中的一切三种接触方法似乎缺乏以增进高阶构造的组装,这标明主要衣壳卵白是构建触发全部衣壳组装的收集所须要的。
与壳粒之间较少的接触相干的是,五邻体和三种主要衣壳卵白加强了五重对称壳粒集合体中的互相感化(图3)。在衣壳外壳五重极点处的五邻体出现出一个单果冻卷构造和一个球状帽构造(图3A),这标明这种五邻体卵白分歧于p72,但与p72存在同源关系,这与某些已知的年夜型dsDNA病毒(比方,PBCV-1病毒、噬菌体Mavirus和噬菌体PRD1等)中的构造不雅察成果相分歧。噬菌体Mavirus五邻体卵白构造在这些研讨人员重建的图谱中停止灵敏拟合长短常复杂的,这种由于它的果冻卷褶皱构造陈列得很划一(图3A)。应用噬菌体Mavirus五邻体卵白在一切ASFV开放浏览框(ORF)中停止Protein BLAST搜刮,判定出一个与它的序列类似性为37.7%的同源卵白,即H240R,这是一种未被正文的但倒是必弗成少的病毒颗粒卵白(图S7和表S2)。H240R具有240个氨基酸残基,富含β链,据猜测具有单果冻卷褶皱构造和一个长年夜约70个氨基酸的N端延长片断(弥补附图S8),这进一步支撑了这种五邻体在ASFV中的身份。在五邻体的上面,不雅察到弱的灯笼状密度(?9?)将五邻体和内膜衔接起来,并将五个相邻的壳粒联合在一路,据猜想这在极点的组装中起感化(图3,A和C)。先前的研讨报道,这种假定的衣壳卵白p49(B438L)是构成衣壳极点所必须的,而且紧邻衣壳极点。此外,作为一种膜内涵卵白,p49不介入病毒颗粒从组装位点到质膜的运输,这标明它能够位于衣壳内壳(inner shell of capsid)上。依据这些不雅察成果,这些研讨人员提出这些灯笼状密度是p49的5个拷贝(图3,A和C)。
图3.来自主要衣壳卵白的普遍分子间收集是衣壳波动性的根底。图片来自Science, 2019, doi:10.1126/science.aaz1439。
内膜卵白p17(D117L)是必须的且高度丰厚的卵白,是衣壳组装和二十面体形状产生所必须的。这些研讨人员的重构图显示了在p72壳粒下反复呈现的密度。由三个持续的α-螺旋构成的蛇形构造与p17胞外构造域的二级构造猜测十分吻合(图3B,弥补附图S9),并支撑卵白品貌剖析成果,这标明这些反复呈现的密度为p17。 p17与p72的基底构造域慎密联合,p17的三个拷贝盘绕衣壳内壳中的每个p72壳粒,从而将p72 壳粒结实地锚定在内膜上(图3B)。风趣的是,在1型微情况下,来自三个相邻的p72壳粒的三个p17s慎密交织,介导了三个壳粒之间的互相感化(图2D和3B)。这些互相感化以及在1’型微情况下三个衣壳中的互相感化配合指点了构建成年夜部门衣壳的三重对称壳粒集合体中p72壳粒的有序聚积。
但是,五重对称壳粒集合体和拉链构造内的微情况更为庞杂。在这里,骨架卵白M1249L将34个壳粒坚持在一路,不只固定了一个五重对称壳粒集合体,并且还衔接了两个相邻的五重对称壳粒集合体(图1D和3C)。据猜测,这个至关主要的1249个氨基酸长的M1249L充斥了螺旋构造(弥补附图S10),并出现出带有两个末尾叶的纤维状构型(每个末尾叶约150个氨基酸残基)。这种纤维状构型长年夜约100 nm,并具有30个扩大的螺旋(?30个氨基酸残基/螺旋)(图1D和3C)。 M1249L从一个五重对称壳粒集合体中的壳粒b和c(接触壳粒a)开端,沿着拉链构造的外边沿(壳粒c-e,d-f,B-A…..N-E、M-D和L-C)延长,并以壳粒B和C停止,与来自临近的五重对称壳粒集合体的壳粒e互相感化(图3C)。这些平日以“背对背”形式(类型3"和3)显示出最弱的互相感化(?150?2)的壳粒对(b和c,B和C)现在被M1249L的两个末尾叶坚持在一路(图2D和3C)。此外,M1249L与p17/p72壳粒普遍互相感化,从而构成这种刚性拉链构造,在个中,壳粒以“头仇人”形式(类型2)慎密接触,以发生17个成对的壳粒(d:B, e:C, f:D, A:E, K:F, T:G, B’:H, I’:I, J:J)和30个拉链构造组成衣壳框架。出人意料的是,拉链构造中的p17与三重对称壳粒集合体中的p17出现出判然不同的构象(图3,B和C)。由两组p17对(白色和蓝色)在拟等价两重轴上构成的双套索构造,p17s(白色和绿色)和M1249L在边沿的慎密缠结在很年夜水平上增进了壳粒沿着M1249L的纤维状构型联合,从而确保了拉链构造的准确组装(图3C)。
ASFV组装始于病毒内膜前体的呈现,该内膜前体能够来自内质网,然后经过衣壳层的慢慢组装而构成二十面体和二十面体颗粒。在病毒组装的晚期阶段,内膜是柔性的,具有多种形状,甚至是开放的构造,在它们的外表上漂浮着各类可挪动的内膜卵白,比方p17。衣壳似乎是在内膜卵白和主要衣壳卵白的指点下组装的,然则在沾染的细胞中未不雅察到预组装的壳粒集合体(symmetron)。联合以前的试验不雅察和这项研讨中的构造剖析,这些成果让这些研讨人员可以提出具体的假定,以进一步懂得ASFV衣壳组装。起首,p49与膜联合的才能介导了五邻体复合物停靠在内膜上,在那边,它招募壳粒(a)构成五邻体焦点(图4),从而启动组装。这与巨型病毒mivirvirus衣壳的体内组装相分歧,后者从五重极点开端,慢慢完裁缝壳组装。其次,具有两个壳粒对(b-c和B-C)的骨架单位M1249L附着在五邻体焦点上,与此同时,这些骨架单位、五邻体焦点和p17可以在内膜上挪动,从而添加了它们构成更高阶组装的机遇(图4)。在p17的引诱下,壳粒、骨架卵白M1249L和p17有助于拉链构造的构成,这些拉链构造衔接相邻的五邻体焦点并逐步构建多面体框架(图4)。随同多面体框架的构成,壳粒填充重对称壳粒集合体以完裁缝壳组装(图4)。在这种模子中,骨架卵白M1249L充任构建衣壳框架的骨架,并肯定着衣壳的尺寸。与此相分歧的是,在病毒PRD-1、PBCV-1和Bam35中也不雅察到了具有相似功效的纤维状卵白,这标明了存在相似的组装门路。
图4.本文提出的ASFV衣壳组装进程。图片来自Science, 2019, doi:10.1126/science.aaz1439。
本文报道的近原子分辩率的ASFV构造使这些研讨人员可以迈出第一步,以懂得是什么驱动衣壳组装,以及它坚持波动性的根底。此外,这些构造细节,特殊是p72原子构造,可以指点基于抗原表位的免疫原的合理设计,这将影响针对ASFV沾染的疫苗干涉新战略的开辟。(100医药网 100yiyao.com)
参考材料:
Nan Wang et al. . Science, 2019, doi:10.1126/science.aaz1439.
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