病毒如何超越宿主細胞
病毒依賴宿主細胞進行復(fù)制,但病毒如何誘導(dǎo)其宿主將其自身的遺傳信息與病毒一起轉(zhuǎn)錄,從而產(chǎn)生子女病毒?幾十年來,研究人員一直在研究一種叫做lambda的噬菌體,試圖找到這個問題的答案。使用高分辨率低溫電子顯微鏡,來自柏林Charité - Universitätsmedizin的研究小組現(xiàn)已成功破譯了這一過程。他們的研究結(jié)果發(fā)表在Molecular Cell上。
沒有主機,沒有病毒。雖然病毒確實能夠通過在宿主外存活而傳播,但它們需要宿主進行復(fù)制。病毒缺乏遺傳信息轉(zhuǎn)錄及其隨后轉(zhuǎn)化為新病毒成分所必需的復(fù)雜裝置。這就是為什么所有病毒都需要訪問宿主細胞的分子基礎(chǔ)設(shè)施。幾十年來,研究人員一直在研究病毒成功利用宿主功能的方式。他們的努力主要集中在依賴細菌宿主復(fù)制的噬菌體病毒上。其中最深入研究和最有特色的是λ噬菌體。
先前的研究表明,λ噬菌體將其自身的遺傳信息引入宿主的遺傳信息中,將其插入宿主基因組的特定位點。RNA聚合酶是一種負責(zé)轉(zhuǎn)錄遺傳信息的蛋白質(zhì)復(fù)合物,通常會在細菌基因末端停止讀取這些信息,并忽略插入其后的任何病毒基因。該病毒利用一種技巧阻止RNA聚合酶終止轉(zhuǎn)錄過程:它引入了“lambda-N”(λN),這是一種微小的蛋白質(zhì),可以附著在宿主的RNA聚合酶上并迫使其繼續(xù)轉(zhuǎn)錄病毒基因。到目前為止,盡管進行了大量努力,但研究人員未能確定這種微小的蛋白質(zhì)如何能夠?qū)崿F(xiàn)這一壯舉。一個位于柏林的研究團隊現(xiàn)在已經(jīng)能夠使用高分辨率成像可視化RNA聚合酶-λN復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu),使他們能夠提供這種病毒利用的詳細解釋。
在他們的研究中,Charité的研究人員與柏林自由大學(xué)和馬克斯普朗克分子遺傳學(xué)研究所的同事一起工作。他們開始分別生產(chǎn)這種大蛋白質(zhì)復(fù)合物的各個成分。在重新組裝組件后,他們將所得復(fù)合物放入薄膜水中并凍結(jié)。
使用低溫電子顯微鏡,研究人員從不同角度拍攝了總共70萬張蛋白質(zhì)復(fù)合物圖像,用這些圖像計算其三維結(jié)構(gòu)。“這種結(jié)構(gòu)的性質(zhì)告訴我們,小的病毒λN蛋白將RNA聚合酶的兩半密封在一起,從而防止它一旦到達細菌基因末端的終止信號就會分崩離析,”其中一項研究解釋說。第一作者,F(xiàn)erdinand Krupp,他是Charité醫(yī)學(xué)物理和生物物理研究所的博士生。
“正因為如此,RNA聚合酶一旦到達病毒基因就會繼續(xù)轉(zhuǎn)錄。一旦所有的病毒基因都已被閱讀,它們就被用作制造女兒病毒的藍圖 - 意味著病毒已達到目標(biāo),”生物物理學(xué)家。他補充說:“我們的數(shù)據(jù)還解釋了五十年研究中記錄的許多個體結(jié)果??傊?,這些研究結(jié)果可能有助于開發(fā)新的抗菌藥物。”
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