Cell驚人發現：精卵結合與病毒感染的“詭異”相似處

日期：2017-02-27 09:04:17

原來有性繁殖和病毒感染實際上具有共同點，最新的一項研究指出，這兩個過程都需要相同的一個蛋白質：HAP2，用于促使兩種細胞無縫融合，例如精細胞和卵細胞，或病毒與細胞膜融合。在病毒，單細胞原生動物和許多植物和節肢動物中這種蛋白質廣泛存在，這表明這種蛋白質也許在地球歷史的早期就出現了。

這一發現公布在2月23日的Cell雜志上，研究揭示了有關性進化的新概念，這種蛋白質作為一種將近通用的生化“關鍵”因子，幫助兩個細胞膜融合成一個，促進遺傳材料的重組，這也就是有性繁殖的一個必要步驟。

文章作者，馬里蘭大學細胞生物學和分子生物學系教授William Snell說：“我們的研究結果表明，自然界具有一種限制數量的方式，幫助細胞細胞融合成一個單一的細胞。

“這種蛋白質目前仍然被許多地球生物用于有性繁殖，同時也就是登革熱和寨卡病毒進入人類細胞所使用的蛋白質，”Snell認為這種蛋白質“集大成者于一身”。

Snell和他的同事在單細胞綠藻（Chlamydomonas reinhardtii）中分析了HAP2蛋白。盡管HAP2在真菌或脊椎動物（如人類）中并不存在，但是在單細胞原生動物，植物和節肢動物中很常見，Snell研究組此前曾發現HAP2是具有這種蛋白的生物機體性細胞融合的必需元件，但其中的分子機理尚不清楚。

在此基礎上，研究人員利用復雜的計算機分析工具，將上述綠藻中HAP2的氨基酸序列，與已知病毒融合蛋白的序列進行了比對。結果發現了驚人的相似性，尤其是在被稱為“融合環”的區域中，這個區域能幫助病毒蛋白成功入侵細胞。如果HAP2的功能就像病毒融合蛋白那樣，Snell由此做出推斷：干擾HAP2融合環形成，就會阻斷其融合性細胞的能力。

果然實驗證明，當Snell等人改變了HAP2融合環中的一個氨基酸時，蛋白質完全喪失其功能。精子與卵細胞還是能粘合在一起（由其它蛋白決定），但是卻不能完成細胞膜的最終融合。同樣當研究人員加入覆蓋HAP2融合環的抗體時，細胞也不能融合。

“這些結果令我們感到十分興奮，因為這支持我們提出的HAP2功能新模式，”Snell說，“但還需要拍攝HAP2蛋白的三維結構，看看它是否與病毒融合蛋白相類似”。

Snell聯系了巴斯德研究所的一名結構生物學家：Felix Rey，后者的研究組才利用X射線晶體學確定了衣藻HAP2的結構。Rey的研究結果表明，HAP2確實與登革熱和寨卡病毒融合蛋白功能相同。Rey表示，“衣藻HAP2蛋白的折疊方式與病毒蛋白相同”，這也就是說從一個簡單的氨基酸鏈構建出了蛋白的三維結構的分子折疊過程。

HAP2似乎在多種生物體中的細胞融合過程中都是必需的，包括致病原生動物，侵入性植物和破壞性害蟲。到目前為止，已知的HAP2在融合環區域中具有相同的一個關鍵氨基酸。因此，HAP2可以作為疫苗，疾病治療等防控的新靶標。

如果能研發出阻斷瘧原蟲細胞融合的疫苗，那將是一個巨大的進步，“我們的研究結果提出了針對瘧原蟲HAP2的新策略。”