突破性的顯微鏡解鎖了植物病毒組裝的秘密

對植物病毒如何組裝的新研究可以為將來用于將藥物攜帶到人體中奠定基礎(chǔ)。該研究由利茲大學阿斯伯里結(jié)構(gòu)分子生物學中心和諾里奇的約翰英納斯中心的研究小組描述了空豇豆花葉病毒(CPMV)的空結(jié)構(gòu)和允許該病毒的分子“粘合劑”的結(jié)構(gòu)。建立自己并封裝其基因組。

該研究結(jié)果發(fā)表在Nature Communications雜志上，基于革命性的新電子顯微鏡，可能是最終允許科學家構(gòu)建可將藥物帶入體內(nèi)并靶向疾病的定制版病毒的關(guān)鍵步驟。第一作者，利茲大學結(jié)構(gòu)分子生物學副教授Neil Ranson博士說：“要使用豇豆花葉病毒作為藥物傳遞載體，我們需要了解它如何組合在一起，為此我們需要了解它的結(jié)構(gòu)在解決方案中非常精細。

“就在幾年前，這是不可能的，因為我們根本無法看到所需的細節(jié)中的復雜生物系統(tǒng)。然而，新一代電子顯微鏡正在徹底改變我們對待病毒內(nèi)部工作的能力并理解如何我們可能會讓它對我們有用。“在自然通訊本文研究的重要步驟，以了解如何安全，可以在未來創(chuàng)造植物為基礎(chǔ)的病毒樣顆粒。

Ranson博士說：“我們項目的目的是了解病毒如何通過非常簡單的構(gòu)建塊組合在一起。如果我們理解正確，我們可以有效地制作病毒包藥物，然后針對特定目標人體內(nèi)的某些部位或疾病，如癌細胞。“植物病毒是這類工作的理想選擇 - 它們距離我們很遠。你無法捕獲植物病毒。我們的論文以前所未有的細節(jié)展示了空病毒殼的結(jié)構(gòu)，包括一部分必需的蛋白質(zhì)我們的合作者在Norwich的John Innes中心制造的病毒樣顆粒沒有基因組，因此無法自我復制或變異，“Ranson博士說。

“我們留下優(yōu)雅，高效和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)發(fā)展到完美的水平，目前人造設(shè)計無法與之競爭，這些可能是開發(fā)目標藥物的重要資產(chǎn)。我們可以在未來改變蛋白質(zhì)殼上的序列，并將它們重新定位于我們想要擊中的疾病。“

該論文是電子顯微鏡革命的產(chǎn)物 - 被稱為“決議革命” - 正在改變結(jié)構(gòu)生物學家可以工作的細節(jié)水平。它包括一些最詳細的蛋白質(zhì)復合物電子顯微鏡結(jié)構(gòu)，但它們已經(jīng)成為CPMV病毒自身構(gòu)建詳細分析的基礎(chǔ)。

研究人員展示了這種病毒是如何構(gòu)建一個高度對稱的蛋白質(zhì)殼，來自五面“五面體”，每個五面體由一個蛋白質(zhì)亞基構(gòu)成。裝配過程的核心是一個關(guān)鍵蛋白質(zhì)的一部分 - 小外殼蛋白亞基的C-末端 - 作為一種分子膠，在病毒的外部結(jié)構(gòu)建立時將五邊形保持在一起。

C-末端對于病毒包裝其基因也是必不可少的，但它在完成其工作時會從病毒中分離出來。這使得不可能使用諸如X射線晶體學的其他結(jié)構(gòu)技術(shù)進行觀察。

利茲大學研究員Emma Hesketh博士和Nature Communications論文的第一作者說：“基本單位非常簡單，因此病毒只需要很少的信息來制作大蛋白殼。只有它非常有效，但CPMV以建造一個不易分解的非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)而聞名。如果這些結(jié)構(gòu)能夠在藥物制造中存活并被引入人體，我們需要這種穩(wěn)定性。“

Hesketh博士說：“這項研究中使用的新型電子顯微鏡使我們能夠詳細了解細分市場并了解其真正的作用。”

該團隊在劍橋的醫(yī)學研究委員會(MRC)分子生物學實驗室使用了配備直接電子檢測相機的新一代300千伏電子顯微鏡。顯微鏡的放大倍數(shù)超過130,000倍。最新一代這類電子顯微鏡中的兩個是對新Astbury生物結(jié)構(gòu)實驗室投資1700萬英鎊的一部分，并將于明年在利茲大學安裝。

“這種設(shè)備完全改變了我們可以與分子相互作用的細節(jié)水平。新的顯微鏡具有更大的功率，但也更穩(wěn)定，并且具有直接檢測電子束的傳感器，而不是像以前那樣使用光學傳感器間接檢測電子束。一代人做了。“在實踐中，這意味著，我們首次在復雜的生物系統(tǒng)中查看單個氨基酸的原子細節(jié)。這開辟了操縱這些氨基酸并以前所未有的精度干預分子功能的方法。”

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