Cell:重大突破!HIV完整无损地通过核孔进入细胞核,并在那里释放它的基因组

发布时间:2021-02-20 15:50:21
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在一项新的研究中,来自德国马克斯-普朗克生物物理研究所、海德堡欧洲分子生物学实验室和海德堡大学医院的研究人员首次成功地对转运到被感染细胞的细胞核的过程中的人类免疫缺陷病毒(HIV,俗称艾滋病病毒)进行了成像。通过成像获得的电子断层图像显示了这种病毒的蛋白包膜通过核孔---细胞核周围膜上的开口,允许分子进出。他们发现,这种病毒完好无损地通过核孔,只是在细胞核内破裂,并在那里释放它的遗传信息。这阐明了这种病毒的遗传物质整合到被感染细胞基因组中的一个重要机制。相关研究结果发表在2021年2月18日的Cell期刊上,论文标题为“Cone-shaped HIV-1 capsids are transported through intact nuclear pores”。


图片来自Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.01.025。

HIV-1是这项研究的重点,它主要感染免疫系统中的某些细胞,从而大大削弱了人体自身对疾病的防御能力。这种病毒的遗传物质被安全地包装在一种称为“衣壳(capsid)”的圆锥形蛋白胶囊中,这种衣壳由单独的六边形部分组成。科学家们已知道,在感染过程中,这种衣壳如何穿过细胞膜进入细胞内部,但不知道这种病毒的遗传物质是如何从衣壳进入细胞核,并在那里引发新病毒的形成。

这就是这项研究的切入点。利用新开发的对病毒感染细胞中的分子复合物进行三维成像的方法,这些研究人员成功地对这种病毒衣壳在运输到细胞核的过程中直接成像。论文共同通讯作者、海德堡大学医院传染病学中心医学主任Hans-Georg Kräusslich解释说,“在此之前,人们都认为这种衣壳不适合通过核孔。然而,HIV病毒基因组如何进入细胞核的问题对它的增殖至关重要。因此,我们的结果支持寻找未来治疗方法的新靶标。”虽然目前的治疗方案可以抑制这种病毒在体内的增殖,但真正消除它的治愈方法迄今为止还是不可能实现的。

高分辨率成像平台

为了在实验室中详细了解被感染的免疫细胞的内部运作,这些研究人员使用了高分辨率的成像技术。在海德堡大学电子显微镜核心设施和海德堡欧洲分子生物学实验室低温电子显微镜服务平台的帮助下,他们结合了光学显微镜和电子显微镜方法。他们能够从数据中重建分子结构的三维图像。这使得他们能够以高分辨率的方式可视化观察病毒复合物的组成和结构以及它们与细胞结构的相互作用。

论文共同通讯作者、海德堡欧洲分子生物学实验室访问小组组长、自2019年起担任马克斯-普朗克生物物理学研究所所长的Martin Beck说,“我们两个研究机构之间卓有成效的合作以及专业技术的结合,有助于破解HIV感染的另一个谜团。”

来源:生物谷