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球形病毒的结构并不像我们想象的那么完美

二十面体病毒总是被认为是完全对称的,但新的不对称重建显示它们有一些异常。

确定病毒的结构是理解和治疗病毒性疾病的重要步骤。几十年来,结构生物学家一直在使用低温电子显微镜来创建越来越精确的生物分子图片,但他们一直依赖的假设之一可能是错误的。

根据来自显微镜的数据,假设诸如登革热和寨卡病毒的黄病毒是对称的二十面体(具有20个相同面的形状)。但根据“美国国家科学院院刊”上的一项新研究,这些二十面体病毒可能并不完全对称。

普渡大学生物科学汉利杰出教授迈克尔罗斯曼说:“到目前为止,任何已经检查过的病毒都被假设它们具有二十面体对称性。”“现在我们意识到这是一个近似值 - 它并不完全准确。大部分病毒几乎都是二十面体,现在我们才开始看到细节。”

研究小组,包括特伦特的理查德库恩和普渡大学的朱迪思安德森杰出科学教授,使用cryo-EM来确定未成熟和成熟的Kunjin病毒的结构,这是一种西尼罗病毒株。他们遵循标准程序直到最后,处理显微镜的数据以生成结构。在他们通常应用对称性要求的地方,研究人员选择退出。

Purdue的研究员兼论文的第一作者Matthew Therkelsen在确定与未成熟病毒结合的抗体结构时,首先发现了一些不同寻常的东西。与病毒结合的抗体图像显示出对颗粒一侧的偏好,并且该侧有点模糊。

Therkelsen说:“抗体似乎更喜欢颗粒的一侧,而那一侧的密度不同,这让我质疑我们对二十面体对称的假设。”“在那之后,我开始做不对称的重建。”

他发现的东西看起来有点像病毒外部的“肚脐”。

这种对称性的偏差可能来自病毒的产生方式。当有包膜的病毒组装新的病毒颗粒时,它们会钻入细胞膜并推动,直到它们创建了自己的保护层。当该层几乎完全封闭时,病毒会从膜上发出一个最终的轻推和芽。

研究人员认为,正是在这一点上,新的病毒膜试图关闭,病毒以前完美的结构变得有点扭曲。

库恩说:“这个萌芽的颗粒的颈部在收缩时变得非常狭窄,壳体周围的糖蛋白开始相互撞击。”“我们认为它们可能无法获得正确数量的蛋白质来制造二十面体,结果就是一个颗粒在一侧产生扭曲。”

虽然未成熟和成熟的病毒在其外层都有“肚脐”,但未成熟的病毒还有另一个缺陷。病毒的核心结构,核衣壳,不在信封的中心 - 它在一侧靠近膜。

其他一些病毒具有独特的核心位置,但黄病毒核心是独一无二的,因为它会在病毒变成“成年人”时重新定位。成熟是病毒生命周期的重要组成部分,这些发现可以让您深入了解此过程中发生的事情以及原因。

研究人员相信这些发现将为未来的实验打开大门。除了几种(如果不是全部)二十面体病毒的真实结构外,还有许多其他未知数。当它与下一个细胞结合时,病毒的独特极点是否具有功能?它是否有助于与受体结合?它会影响内部RNA的退出吗?这些细节对于理解黄病毒的生命周期都很重要。

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