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Nature Microbiology | 重大突破!廈門大學等多單位聯合攻關,首次獲得了水痘帶狀皰疹病毒衣殼的結構細節

2020-09-10

  水痘帶狀皰疹病毒(VZV)是一種醫學上重要的人類皰疹病毒,可引起水痘和帶狀皰疹,水痘在世界范圍內造成了相當大的疾病負擔,估計每年至少有1.4億新病例,420萬導致住院的嚴重并發癥和4200例死亡,但其與細胞相關的性質阻礙了結構研究。 

  202097日,廈門大學夏寧邵,李少偉,程通,加州大學洛杉磯分校周正洪及羅格斯大學朱樺共同通訊在Nature Microbiology 在線發表題為“Near-atomic cryo-electron microscopy structures of varicella-zoster virus capsids”的研究論文,該研究報告純化的VZV A衣殼和C衣殼,以及在病毒體內部的含DNA衣殼的冷凍電子顯微鏡結構。 

  從這些結構衍生的原子模型表明,盡管封閉的基因組比其他人類皰疹病毒的基因組小得多,但VZV的衣殼大小相似,由955個主要衣殼蛋白(MCP),900個小衣殼蛋白(SCP)和640個組成三聯體二聚體(Tri2)和320個三聯體單體(Tri1)亞基。與其他人皰疹病毒相比,VZV衣殼具有較高的熱穩定性,盡管衣殼內和衣殼間的蛋白質相互作用相對較少,且外層蛋白的穩定性較差。這些結構特征和功能觀察結果的相關性提供了對VZV組裝和發病機理的見解,并應有助于基于當前可用的VZV疫苗設計基因傳遞和抗癌載體。 

  水痘帶狀皰疹病毒(VZV)是一種普遍存在且具有高度傳染性的人α皰疹病毒。初次感染時,水痘帶狀皰疹病毒在易感人群中引起水痘,并在感覺神經節中建立終生潛伏期。水痘在世界范圍內造成了相當大的疾病負擔,估計每年至少有1.4億新病例,420萬導致住院的嚴重并發癥和4200例死亡。  

  水痘帶狀皰疹病毒在以后的生活中將近三分之一的受感染個體從潛伏期恢復活動,從而導致帶狀皰疹,其特征通常是劇烈疼痛,然后是皰疹后神經痛,嚴重影響患者的生活質量。水痘和帶狀皰疹均可導致嚴重的危及生命的并發癥。水痘帶狀皰疹病毒是唯一的人類皰疹病毒,幾十年來,該病毒已開發出許可的減毒活疫苗vOka,并已在多個國家中廣泛使用。水痘帶狀皰疹病毒也已被用作針對各種病原體的實驗疫苗載體,包括人類免疫缺陷病毒(HIV),以及用于治療癌癥。 

  水痘帶狀皰疹病毒具有一個雙鏈DNAdsDNA)基因組,大小約為125 kb,在所有已知的皰疹病毒中最小,約為人類巨細胞病毒(HCMV)的一半。水痘帶狀皰疹病毒以其在培養細胞中的極低滴度和與細胞相關的特性而聞名,也就是說,缺乏成熟病毒體分泌到培養上清液中。水痘帶狀皰疹病毒的這些特征被歸因于新形成的病毒體轉移到晚期的內體或溶酶體區室,在那里它們在胞吐作用之前被降解,產生了很大一部分無核和多形包被的顆粒。 

  VZV AC衣殼的Cryo-EM重建和原子建模(圖源自Nature Microbiology ) 

  因此,生長和分離用于高分辨率結構研究的成熟水痘帶狀皰疹病毒病毒體是具有挑戰性的。到現在為止,尚未報道水痘帶狀皰疹病毒顆粒的結構信息。這與最近報道的人類皰疹病毒家族其他成員的近原子結構相反,包括α-皰疹病毒1型單純皰疹病毒(HSV-1)和HSV-2β-皰疹病毒HCMV和人類皰疹病毒6BHHV-6B)等。 

  在這項研究中,使用亞粒子重建方法來處理最低限度純化的水痘帶狀皰疹病毒樣品,并通過冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)在接近原子分辨率的情況下確定了水痘帶狀皰疹病毒衣殼的結構。基于這些結構構建的原子模型表明,與其他人類皰疹病毒相比,水痘帶狀皰疹病毒的衣殼大小相似,由保守的皰疹病毒亞基組成,但衣殼內和衣殼間的蛋白質相互作用較少。水痘帶狀皰疹病毒特定的結構特征已被表征,并應提供有關水痘帶狀皰疹病毒衣殼裝配和發病機理的見解。 

  

   (來源:iNature 

  原文出處:Wang, W., Zheng, Q., Pan, D. et al. Near-atomic cryo-electron microscopy structures of varicella-zoster virus capsids. Nat Microbiol (2020). https://doi.org/10.1038/s41564-020-0785-y 

  鏈接:https://www.nature.com/articles/s41564-020-0785-y 

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