埃博拉病毒由RNA合成切换到组装/出芽分子机制的研究

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埃博拉病毒(Ebola virus,EBOV)是一种具有包膜的不分节负链RNA病毒(NNSVs),属于单股负链病毒目,丝状病毒科,埃博拉病毒属。埃博拉病毒的核衣壳蛋白(Nucleoprotein,NP)包裹病毒的基因组RNA,形成NP-RNA模板,并与VP35、L和VP30形成核糖核酸复合物(Ribonucleoprotein,RNP),调控病毒的转录复制。埃博拉病毒的包涵体(Inclusion bodies,IBs)是其RNA合成的场所,单独表达NP就可以诱导IBs的形成。病毒的核衣壳在包涵体边缘形成,NP、VP35和VP24是形成埃博拉病毒核衣壳的必需蛋白,说明NP可以将其它病毒蛋白募集到IBs,从而调控病毒的转录复制和核衣壳组装。表明NP在病毒的生活周期中发挥重要的功能。病毒类颗粒(Virus like particle,VLP)是一种有效的研究病毒组装/出芽分子机制的体系。VP40是埃博拉病毒主要的基质蛋白,在体外单独表达就可以形成VLP,从而调控病毒内部蛋白的组装/出芽。此外也有研究表明,VP40能够抑制病毒RNA的合成。鉴于NP和VP40在病毒生活周期中发挥的功能,关于NP和VP40已经有一些相关研究。研究表明,NP氨基端的前150个氨基酸和羧基端139个氨基酸均参与NP和VP40的相互作用。另有报道指出,NP羧基端的50个氨基酸调控VP40对NP的组装。但是,还存在以下问题需要进一步探究:(1)调控NP被VP40组装到VLPs中关键位点,NP氨基端和羧基端调控VP40组装NP的分子机制?(2)病毒内部蛋白组装分子机制?(3)VP40调控病毒RNA合成分子机制?(4)病毒由RNA合成切换到组装/出芽分子机制?我们通过免疫共沉淀,超速离心证明NP氨基端26-150这段区域内的氨基酸是调控NP与VP40的相互作用,以及NP被组装到VP40–VLPs的关键氨基酸。我们确认了NP羧基端的50个氨基酸调控VP40对NP的组装。通过对该区域进行一系列截短突变和点突变,在NP上定位到调控NP被VP40组装到VLPs中的关健位点,即L692,P697,P698和W699,结构分析结果显示这些氨基酸侧链形成了一封闭的疏水核心。这些结果证明,NP氨基端和羧基端疏水核心对于NP被组装到VP40–VLPs都是必需的。这些位点的氨基酸突变成丙氨酸后,破坏了疏水核心,增强NP和VP40的相互作用,并将VP40“囚禁”到这些点突变体形成的包涵体中,从而抑制VP40的出芽。这些结果说明,VP40与NP氨基端的相互作用是VP40组装NP的前提,但是这种相互作用仅仅导致VP40被募集到包涵体。如果仅仅保留VP40与NP氨基端的相互作用,破坏其与NP羧基端的作用,就会导致VP40被“囚禁”到包涵体,从而其出芽受到抑制。同时我们也证明,VP40与NP的相互作用介导了病毒内部蛋白的组装,并且VP40是通过NP羧基端的疏水核心将核衣壳类似结构组装到VLP中。此外,我们发现NP羧基端的疏水核心是调控NP包裹病毒RNA的关键区域,并且VP40通过与NP疏水核心发生相互作用,抑制NP对病毒RNA的包裹,从而抑制RNA的合成。综上所述,NP蛋白通过氨基端将VP40募集到包涵体,这种相互作用诱导NP羧基端构象发生改变,使NP羧基端的疏水核心暴露出来。接着,VP40与NP羧基端疏水核心发生相互作用,一方面抑制病毒RNA的合成;另一方面将核衣壳组装到VLPs中。VP40通过与NP发生两步相互作用,调控病毒由RNA合成向病毒粒子组装/出芽切换。
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