外科學家利用先進的技術揭示HIV的動態結構

病毒非常可怕,其就像看不見的軍隊一樣入侵宿主細胞,而且每種病毒都有著自己的攻擊策略,當病毒開始摧毀人類和動物群落時,科學家們就會想到各種方法來反擊,很多科學家們會利用電鏡來觀察病毒中的單個分子是如何活動的,然而最為複雜的技術需要將樣本冷凍和固定從而獲得最高的分辨率。

 

來自猶他大學等機構的科學家們通過研究開發了一種新方法,其能在室溫下對病毒樣顆粒進行實時高分辨率成像,研究者表示,這種方法揭示了,形成HIV主要結構組分的晶格(lattice)處於動態變化中,由Gag和GagPol蛋白形成的擴散晶格(長期以來一直被認為是完全處於靜態的)或能幫助研究人員開發新型HIV療法。

當HIV顆粒從受感染的細胞中萌芽時,在病毒具有感染性之前其會經歷一段滯後過程,以一半分子形式嵌入到GagPol蛋白中的酶類—蛋白酶就會在二聚化的過程中與其它分子相結合,從而就會觸發病毒的成熟過程,目前並沒有人清除這些一半蛋白酶分子是如何找到彼此並進行而聚化過程的,但其或許與位於病毒包膜內的Gag和GagPol蛋白形成的晶格的重新排列有關。

 

Dendra2光物理的量化

Dendra2是一種熒光蛋白,經過遺傳修飾,在暴露於405 nm激發光後會發生光開關,從發射綠色熒光變為紅色。 Dendra2的低閃爍率特性為分子計數應用。在使用與Gag融合的Dendra2之前,我們對Dendra2進行了表徵,以找出實際上我們可以在iPALM設置中進行光開關和計數的Dendra2分子數量。

 

Gag-Dendra2 VLP的電子顯微鏡

螢光標記的Gag VLP先前已顯示出與野生型(WT)Gag VLP相似的形態。我們之前也已經將Gag-Dendra2 VLP固定在玻璃蓋玻片上,並使用相關的iPALM和SEM對其成像,SEM是一種表面電子顯微鏡成像技術,對Gag WT和Gag-Dendra2 VLP之間晶格的細微差別不敏感。為了進一步分析已釋放的Gag-Dendra2 VLP的形態並將其與Gag VLP進行比較,我們在釋放VLP的過程中對U2OS細胞進行了成像,方法是固定細胞,將其嵌入樹脂中,切割80 nm的切片並用負負離子成像。染色EM。通過轉染U2OS細胞用製備樣品100%的Gag和WT100%的Gag-Dendra2。

從U2OS細胞釋放過程中VLP的TEM圖像。圖像顯示用100%的HIV Gag的野生型轉染的U2OS細胞的負染色TEM為80nm部分(圖源:Sciencedirect)

 

Gag晶格動力學的生化驗證

如果存在Gag晶格動力學,則它們應該具有生化表現,我們應該能夠獨立於熒光方法進行探測。 HaXS8是膜滲透的接頭創建SNAP和暈分子(之間的共價鍵39,40)。如果Gag VLP中存在晶格動力學,則結合在HIV Gag晶格中的SNAP和Halo分子可以與HaXS8交聯,具有可預測的濃度依賴性和時間依賴性,取決於其內Gag-SNAP和Gag -Halo分子的動力學。各個VLP的晶格。

為了測試這一點,我們收穫了由80%Gag + 10%Gag-SNAP + 10%Gag-Halo組裝而成的VLP。當這些VLPs是在不同濃度進行HaXS8,於SNAP和鹵素標記的Gag的二聚化的百分比改變,並且在1-峰值μ HaXS8的M個濃度。對於非常高濃度的HaXS8,二聚化的百分比非常低,這對於完全靜態的晶格而言是無法預期的。

 

Gag晶格動力學的生化驗證。顯示了結合了80%Gag,10%Gag-SNAP和10%Gag-Halo的VLP的蛋白質印跡分析。(圖源:Sciencedirect)

 

這項研究中,研究人員通過研究首次揭示了,包膜病毒的蛋白晶格結構是處於動態變化的,文章中研究人員開發的新工具或能更好地理解隨著病毒顆粒從不成熟過渡到危險感染階段時晶格內部所發生的變化;本文研究結果或許能幫助研究人員闡明HIV誘發感染的分子機制,如果研究者能弄清楚這一過程的話,或許就能開發出相應的措施或藥物來阻斷HIV的進展。

 

參考資料:

Pioneering method reveals dynamic structure in HIV

Dynamics of the HIV Gag Lattice Detected by Localization Correlation Analysis and Time-Lapse iPALM

俊逵

作者

俊逵

曾任職於醫院機構,主要探討癌症藥物治療相關。想用文字為大家帶來最新的生醫訊息

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