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澳门新萄京网址向烨研究组《自然 通讯》杂志发表研究论文揭示复杂有尾病毒组装成熟分子机制 时间:2019-06-10 16:14:48.0

澳门新萄京网址向烨研究组于2019年5月30日在《自然 通讯》(Nature Communications)杂志在线发表题为“Structural assembly of the tailed bacteriophage ϕ29”(有尾噬菌体ϕ29组装成熟机制结构生物学研究)的研究论文。文章采用结构生物学手段来揭示噬菌体ϕ29在组装成熟过程中如何感知并终止病毒基因组DNA转运包装,以及感染过程中病毒是如何释放其基因组DNA等一系列过程的分子机制。


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噬菌体ϕ29是目前研究较为广泛的有尾非包膜病毒之一。它通过其非收缩性短尾结构侵染并将病毒基因组DNA注入宿主枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)中。在病毒感染后期,病毒结构蛋白首先组装形成一个空的前体衣壳头部(prohead)。随后位于病毒前体衣壳头部一端的头尾连接蛋白(connector)附近组装形成DNA包装分子马达,其能利用水解ATP所得的能量将病毒基因组DNA包装进空的前体衣壳中。在整个病毒基因组DNA的包装完成后,病毒终止DNA包装,抛弃DNA包装分子马达,随即尾部相关蛋白相继组装形成成熟的病毒颗粒。在这一过程中,病毒是如何感知基因组DNA包装的进度并通过什么机制来终止该过程,目前还不是很清楚。


本研究主要通过冷冻电镜单颗粒三维重构方法解析得到噬菌体ϕ29病毒三种不同状态的高分辨结构,即前体衣壳、成熟病毒颗粒以及DNA释放后的空病毒颗粒。通过比较前体衣壳和成熟病毒颗粒结构,发现ϕ29能够利用其基因组DNA包装过程中在衣壳中紧密堆积的DNA所产生的压力以及DNA末端特殊的环状结构(toroid structure)来精细地控制整个包装过程。在二者相互作用下,头尾连接蛋白在转运后期发生空间和构象上的变化,进而导致分子转运马达结构的脱落而终止了DNA转运过程。另外,比较ϕ29病毒颗粒在DNA释放前后病毒尾部结构的变化,发现gene protein 11(gp11)结构的变化可能破坏原先其内腔与病毒DNA相互作用的稳态,从而引发病毒DNA的释放。综合一系列结果从结构生物学层面上阐明了噬菌体ϕ29组装和感染相关的详细分子机制。


此项工作由医学院向烨实验组独立完成。向烨博士为论文通讯作者,已毕业2013级博士生许靖蔚为第一作者,2014级博士生王点红和桂淼博士参与了该项工作。该研究得到科技部重大研发计划(2016YFA0501100)、国家自然科学基金(21827810,31861143027和31470721)、中组部青年千人计划和北京清华大学结构生物学高精尖创新中心的大力支持。同时项目也得到上海同步辐射设施及国家蛋白质科学研究(北京)设施清华基地在数据收集上的大力支持。




文章链接:http://www.nature.com/articles/s41467-019-10272-3





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