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科技報導

艾滋病研究迎來重要進展,最新“科學”揭示衣殼的重要作用



《科學》雜誌於10月9日發表了一份有關HIV研究的重要論文。來自弗吉尼亞大學和美國猶他大學的科學家合作開發了一種無細胞系統,該系統可使HIV在體外完成逆轉錄和整合。第一次。

通過這種無細胞系統,科學家可以更好地觀察到對HIV感染至關重要的兩個步驟。 他們還發現,病毒的衣殼在這兩個步驟中起著新的作用。

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作為逆轉錄病毒,HIV可以將其病毒RNA基因組逆轉錄為雙鏈DNA,然後將其整合到感染細胞的基因組中。 在過去的幾十年中,科學家通過一系列結構,生化和分子病毒學分析,闡明了這些步驟中涉及的多種酶促反應。 但是,由於這些病毒顆粒隱藏在細胞質和細胞核的深處,因此難以研究其機理。 這就是科學家想要開發“無細胞”系統的原因。

以前,有一些體外實驗可以研究逆轉錄或整合的步驟,但這些實驗一次只能觀察一個步驟。 在這項研究中,科學家設計和優化的系統可以連續觀察這兩個步驟。

持續觀察體外無細胞的HIV-1基因組逆轉錄和整合系統

持續觀察HIV-1基因組的體外無細胞逆轉錄和整合系統

具體來說,他們使用穿孔的多肽純化了HIV-1病毒體,在病毒包膜中“打孔”了一些小孔。 後來,他們添加了一些dNTP來促進逆轉錄。 在實驗中,科學家成功地觀察到了雙鏈DNA的積累。 隨後,科學家將細胞提取物添加到實驗系統中,以重現將病毒DNA整合到外源DNA中的過程。 測序結果證實病毒DNA整合的方式符合預期。

有趣的是,當確認哪些元素在病毒的逆轉錄和整合中起關鍵作用時,在科學家面前出現了意想不到的結果-HIV衣殼。 從結構的角度來看,衣殼是一層圍繞病毒遺傳物質的保護層。 但是本文發現衣殼在病毒感染過程中起著更為積極的作用。

HIV衣殼(以黃色和紫色顯示)包裹了病毒的RNA(以藍色顯示)(圖片來源:參考[2];信用:Janet Iwasa)

HIV衣殼(以黃色和紫色顯示)包裹了病毒的RNA(以藍色顯示)(圖片來源:參考[2];信用:Janet Iwasa)

通過遺傳或生化方法,研究人員發現,如果衣殼變得不穩定,病毒將無法通過逆轉錄複製其遺傳物質。 這也是科學家第一次直接證明衣殼是HIV感染的重要因素。

俗話說,眼見為實。 為了了解衣殼如何參與HIV感染過程,研究人員使用了冷凍電子顯微鏡,並觀察到大多數衣殼在逆轉錄過程中保持完整。 經過8到10個小時的逆轉錄,研究人員仍然可以觀察到大而完整的衣殼結構,並且病毒的核酸從衣殼的網狀晶格結構中排出。 該時間段恰好是反轉錄產物積累到峰值並發生積分的時間。

低溫電子顯微鏡和分子建模技術為我們提供了前所未有的細節來查看病毒的機會(圖片來源:參考[2];信用:Owen Pornillos,Barbie Ganser-Pornillos)

低溫電子顯微鏡和分子建模技術為我們提供了前所未有的細節來查看病毒的機會(圖片來源:參考[2];信用:Owen Pornillos,Barbie Ganser-Pornillos)

該研究的通訊作者之一韋斯利一世說:“這與教科書中所寫的不一樣。” Sundquist教授說:“我們的數據顯示,病毒衣殼在支持有效的逆轉錄中起著積極而不可或缺的作用。”

研究人員指出,這項研究重塑了HIV在無細胞系統中的逆轉錄和整合作用,並表明病毒衣殼在其中起著重要作用。 與以前的理解不同,它不僅可以保護病毒基因組,還可以使病毒穿過細胞質,進入細胞核,並進入整合位點。 這也是逆轉錄過程的關鍵。

對於正在開發的針對衣殼蛋白的HIV藥物,這項研究表明它們可能有效。 這個無細胞系統的建立也將有助於將來對HIV感染關鍵步驟進行更詳細的研究,並找到預防HIV的新方法。