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邓红雨课题组揭示液-液相分离介导疱疹病毒组装区间的形成

日期:2022-10-25  浏览次数:8972

来源:大屯路15号

液-液相分离 (LLPS) 作为无膜细胞器形成的有效机制,在人类健康和疾病中发挥重要作用。作为细胞内寄生体,病毒为了促进自身的繁殖和传播,在其侵染细胞中也会建立特殊的有膜或者无膜类结构以提高自身的复制效率。病毒组装是病毒生命周期中必不可少但机制复杂的过程,尤其是对于具有较大基因组、编码众多结构蛋白的病毒,如疱疹病毒。

疱疹病毒是一类古老的DNA病毒,能够在人类和动物体内建立持续性感染。一个成熟的疱疹病毒颗粒从内到外依次分为:双链DNA基因组、衣壳、间质层和囊膜。在广阔的细胞质空间中,几十种结构蛋白有序有效组装成成熟的病毒粒子是一项艰巨的任务,其机理仍知之甚少。

中国科学院生物物理研究所邓红雨团队一直围绕疱疹病毒组装的分子机理开展系统研究,前期鉴定了多种在病毒形态发生中发挥关键作用的间质蛋白等病毒蛋白。其最新研究发现,γ疱疹病毒在感染细胞内通过液-液相分离机制形成特殊的区域即“病毒组装区间”,具有相分离性质的病毒间质蛋白ORF52对病毒组装区间的形成至关重要。该研究首次揭示了相分离在γ疱疹病毒组装过程中的重要作用,相关成果以Liquid-liquid Phase Separation Mediates the Formation of Herpesvirus Assembly Compartments为题,在线发表在 Journal of Cell Biology上。

为了实时追踪病毒形态发生过程,研究人员首先构建了MHV-68重组病毒,表达融合了荧光蛋白的间质蛋白作为标记。活细胞成像和光电关联实验显示,在感染晚期,病毒组装区间在细胞质中开始形成,招募间质蛋白和含有病毒糖蛋白的囊膜,以提高病毒组装的效率;随着时间的推移,病毒组装区间逐渐增多。荧光漂白恢复和化学试剂处理等一系列实验表明,病毒组装区间是动态的、具有液相性质的特殊结构。
通过筛选病毒编码的多种间质蛋白,研究人员发现只有ORF52具有液液相分离能力,ORF52缺失导致感染细胞中病毒组装区间完全消失,说明ORF52对病毒组装区间形成至关重要。此外,研究发现虽然DNA和RNA都能驱动ORF52相分离,在病毒复制后期中,RNA比DNA更有可能参与病毒组装区间的形成。
研究人员进一步在病毒基因组上构建ORF52蛋白表达截短体或对ORF52蛋白C端无序区中保守的碱性氨基酸簇进行突变,并对突变病毒株感染的细胞进行超微结构和功能分析,结果表明,ORF52液-液相分离的性质对病毒组装区间的形成及病毒颗粒的成熟具有重要作用。

综上,该研究首次发现γ疱疹病毒在感染后期,通过液-液相分离机制形成病毒组装区间,病毒间质蛋白ORF52在其中发挥至关重要的功能。这些发现拓展了相分离在细胞生物学中的研究范围,也为疱疹病毒形态发生的机制研究提供了新的方向。

模式图. ORF52通过液-液相分离机制介导病毒组装区间的形成,促进疱疹病毒组装

中国科学院生物物理研究所特别研究助理(博士后)周胜为论文第一作者,邓红雨研究员为论文通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部、中科院的经费支持。

文章链接: https://doi.org/10.1083/jcb.202201088