電鏡術進展揭示HIV等病毒的秘密
日期：2014-11-19 08:53:00
最近，加州大學（UC）戴維斯分校的研究人員，受益于學校開發的新型電子顯微鏡技術，對HIV及其他病毒的運行方式有了一個全新的認識。
HIV包膜蛋白（envelope protein）Env是疫苗生產商的主要目標：它是RV144（一種實驗性疫苗，目前為止是臨床試驗中有成功希望的唯一候選疫苗）的一個關鍵組成部分。Env蛋白，也被稱為gp120，與另外一種稱為gp41的蛋白質聯合，三種gp120/gp41單位聯合在一起形成最終的三聚體結構。gp120三聚體是允許HIV進入和攻擊宿主細胞的機器。
R. Holland Cheng教授在加州大學戴維斯分校的實驗室以前表明，gp120三聚體如何可以改變其構象，就像一朵開放的花。發表在2014年11月14日的《Nature Scientific Reports》雜志的這項新研究表明，一個可變的環V2，位于三聚體的底部，在那里它有助于固定gp41的位置，而不是如以前認為的，位于結構的頂部。Cheng說：“這挑戰了現有關于HIV Env蛋白免疫原結構的教條。”
研發一種對抗HIV的疫苗，一直都很困難，至少部分是因為病毒表面的蛋白質變化太快。對gp120/Env三聚體結構有更好的了解，可以幫助我們找到這些蛋白質變化更少的區域，通常不暴露于免疫系統，這可能是一種疫苗的靶標。
了解病毒進入
Cheng實驗室緊接著發表的后兩篇論文，利用電子顯微鏡的新技術，來探討一些常見病毒如何劫持正常的細胞過程而進入細胞。
Cheng實驗室開創了冷凍電子顯微鏡技術。傳統的電子顯微鏡依靠用重金屬元素涂抹或浸漬樣品。冷凍電子顯微鏡用極低的溫度來冷凍適當位置的生物學結構。
通過拍攝稍微不同角度的多幅圖像，并用計算機重建它們，Cheng已經能夠產生病毒和病毒蛋白質（特別是病毒感染的細胞）的三維圖像。
然而，由于來自于樣本的電子散射方式，冷凍電子顯微鏡只能使用有限范圍的角度，在成像感染細胞中產生一個“缺失的楔子”。其中一篇最近發表在《PLOS One》的論文中，Lassi Paavolainen及其同事提出了一種新型統計技術，來重建這些缺失的數據，而沒有樣品的先驗知識。
在同時發表的一篇論文中，Pan Soonsawad及其同事應用新技術來研究囊泡——當一種小核糖核酸病毒進入時細胞內部形成的小氣泡。小核糖核酸病毒是一個大組，包括引起感冒、腸道感染、脊髓灰質炎、甲肝和嬰幼兒感染性手足口病的病毒。
小核糖核酸病毒通過使自己卷進一個核內體而進入細胞。然后它們退出核內體，在宿主細胞的細胞質中復制它們的遺傳物質RNA。
這項新研究表明，核內體鑲有稱為整合素的宿主蛋白質，它存在于細胞膜上。當整合素在細胞膜中聚集在一起時，它們就向細胞內發送信號。Cheng說，病毒利用這種行為。通過將自己依附于一個細胞，病毒將整合素聚集到自身，觸發核內體的形成。
Cheng說：“這種病毒將整合素聚集成一種模式，因此它可以被宿主細胞‘吞噬’。”
新的圖像顯示，一旦在里面，隨著病毒將其遺傳物質釋放到細胞內，核內體分解，從而導致大量的病毒復制。
盡管它們會引發疾病，Cheng發現病毒有其自身的魅力。他說：“病毒是美麗的，因為它有自己的幾何形狀，可以被重復使用，并可以被重新設計用于人類利益。”
事實上，Cheng實驗室已經申請了技術專利，利用來自戊型肝炎病毒外殼的自組裝蛋白質，包括利用它們傳遞藥物或疫苗，或靶定乳腺癌。
