NAR | 南京大学籍晓云团队研究揭示了CPV NSP9的晶体结构和核酸结合模式及其对呼肠孤病毒的病毒质意义

学术   2024-09-19 15:03   河南  


iNature

细胞质多角体病毒(CPVs),像呼肠病毒目的其他成员一样,产生病毒质,即保护它们免受宿主免疫的病毒组装中心。

2024年9月17日,南京大学籍晓云作为通讯作者Nucleic Acids Research 在线发表题为Crystal structure and nucleic acid binding mode of CPV NSP9: implications for viroplasm in Reovirales的研究论文,该研究促进了对病毒质生物发生和呼肠病毒复制的了解,为潜在的抗病毒药物靶点提供了新的见解。

研究探讨了NSP9 (CPVs编码的核酸结合非结构蛋白)在病毒质生物发生中的潜在作用。确定了NSP9核心的晶体结构(NSP9ΔC),其二聚体组织拓扑结构类似于植物呼肠孤病毒的P9-1同型二聚体。NSP9的无序C端区域有利于低聚化,但对核酸结合是必不可少的。无论RNA或DNA来源如何,NSP9都能与单链和双链核酸紧密结合。诱变研究进一步证实,NSP9的二聚体形式对核酸结合至关重要,因为在同型二聚化过程中,带正电的残基形成了一个隧道。凝胶迁移分析揭示了一种独特的核酸结合模式,具有依赖于蛋白质浓度的两种不同复合物的顺序外观。NSP9和轮状病毒NSP3具有相似的凝胶迁移模式,加上其结构与P9-1相似,暗示其在翻译调控或病毒基因组包装中可能发挥作用,这可能与病毒质有关。

许多病毒在复制过程中需要对细胞环境进行广泛的修饰,从而诱导宿主细胞内形成不同的细胞内区室。这些区隔化的结构作为病毒蛋白、病毒核酸和必需宿主因子的积累位点以及病毒组装位点,通常被称为病毒复制工厂、病毒包涵体或病毒质。病毒复制工厂在保护病毒免受宿主细胞免疫系统的识别和攻击,使其适应复杂的宿主细胞环境方面起着至关重要的作用。在病毒复制工厂内,大量的转录和翻译过程有效地发生。不同的病毒诱导形成不同类型的病毒复制工厂,根据膜结构的存在与否,可将其大致分为两类:膜分隔的隔室和无膜的病毒内含物,后者是在电子显微镜下观察到的电子密集区域,常见于肠病毒目病毒。

呼肠孤病毒具有二十面体对称,但可能呈球形。衣壳由一层、两层或三层衣壳蛋白组成,它们围绕着病毒基因组的线性双链RNA (dsRNA)片段。基因组片段的数量是属于单一属的病毒的特征。呼肠孤病毒属中的病毒有广泛的宿主范围,可感染哺乳动物、鱼类、鸟类、爬行动物、节肢动物、藻类、真菌和植物。尽管呼肠孤病毒属各属之间存在差异,但呼肠孤病毒属的所有成员都有显著的共同特征,如上文所述,在呼肠孤病毒复制过程中形成的大电子密集病毒包络体或病毒质。呼肠孤病毒属的代表性病毒质包括重要病原体三层轮状病毒和双层哺乳动物正肠孤病毒,以及单衣壳环状病毒。先前的研究表明,病毒生物大分子诱导的相分离在细胞质病毒包涵体的形成中起着至关重要的作用。这一现象在无膜细胞质病毒质研究中特别有价值,例如呼肠病毒。呼肠病毒目的病毒质主要由病毒编码的非结构蛋白(NSPs)组成。尽管对这些框架蛋白进行了广泛的研究,但病毒质的确切机制仍然难以捉摸。了解其中的关键蛋白不仅能提高对病毒质结构的认识,而且有助于阐明其复杂的功能机制。

图形摘要(图源自Nucleic Acids Research 

CPV是呼肠孤病毒属中最简单的代表成员。通过对NSP8和NSP9的研究,为研究病毒质提供了一个有价值的模型。这些NSPs可能在病毒质中发挥重要作用,可能将病毒蛋白活性与病毒转录和翻译的高度动态过程联系起来。CPV颗粒包含10个dsRNA基因组片段,编码10-11个病毒蛋白。据报道BmCPV1的基因组序列在所有10个片段中具有相同的5 ' (5 ' AGUAA- 3 ')和3 ' (5 ' - GUUAGCC 3 ')末端。第1、2、3、4、6和7段编码病毒核心蛋白,第5、8和9段产生非结构蛋白。最小的片段被称为多面体基因,具体来说,片段8 (S8)编码非结构蛋白NSP8(也称为NSP2或P44),该蛋白在病毒质中富集,是病毒质的主要支架蛋白。第9段(S9)编码另一种非结构蛋白NSP9,该蛋白在病毒感染后的早期表达。NSP9与NSP8相互作用,具有核酸结合能力。除此之外,对NSP9知之甚少。当NSP9被招募到病毒质中时,其核酸结合活性的潜在影响以及它与病毒转录或翻译的可能联系引起了一些问题。了解病毒质成分的结构和功能有助于揭示病毒复制和包装背后的精确协调机制。

研究发现CPV NSP9被发现寡聚,并对DNA和RNA具有结合亲和力,包括双链和单链核酸。C端尾部的删除(NSP9ΔC)获得了一个均匀的NSP9二聚体。一个高分辨率的晶体结构被确定来显示蛋白质的二聚体组织。凝胶迁移试验(EMSA)显示了一种显著且保守的核酸结合模式,揭示了两种不同的蛋白质-核酸复合物,它们以蛋白质浓度依赖的方式依次出现。NSP9与植物呼肠病毒蛋白P9-1的结构比较以及在NSP9和轮状病毒NSP3中观察到的相似的凝胶迁移模式可能表明在病毒质中存在一些同源功能,包括病毒基因组包装和翻译调控过程。


参考消息:

https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkae803/7759143

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