C端不同长度的乙肝病毒核心颗粒的结构分析与比较

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乙肝病毒(Hepatitis B virus,HBV)属嗜肝DNA病毒科(Hepadnaviridae),正嗜肝DNA病毒属(Hepadnavirus),是一种对人类健康危害极大的肝炎病毒。   虽然目前已有乙肝预防疫苗,但是疫苗对人体差异性的应对率较低,而且至今缺乏有效的乙肝治疗药物,本文尝试从乙肝核心抗原(Hepatitis B core antigen,HBcAg)颗粒的三维结构出发,探讨乙肝病毒的核酸包裹机制,为防治乙肝疾病提供新的依据。   目前冷冻电镜三维重构技术(Cryo-electron microscopy3D reconstructiontechnique)已成为病毒结构与功能研究的重要手段,本文采用该技术对3端具有不同长度的HBcAg基因所表达出的HBcAg颗粒结构(C端氨基酸长度不同)进行了重构、分析和比较,得到如下结果:   1.通过将各组HBcAg颗粒的冷冻电镜三维结构与HBcAg蛋白(residue1-149)的X射线晶体结构进行拟合比较后可以发现:各组HBcAg颗粒的衣壳结构都基本一致,主要不同在于衣壳内部的核酸容量。这是因为蛋白框架的刚性结构主要由HBcAg蛋白的N端氨基酸,residue1-140区段提供,该区段是组装出HBcAg颗粒的必要氨基酸数,虽然各组HBcAg颗粒在residue140之后的氨基酸长度不同,但并不影响它们衣壳结构的相似性。   2.HBcAg蛋白的C端氨基酸,residue149-183由于富含精氨酸,主要用于结合核酸--RNA,而且RNA的结合量跟C端氨基酸的长度即精氨酸的数量成正比,因为精氨酸越多,则能提供更多的正电荷和核酸结合。另外由于表达的HBcAg颗粒缺乏病毒的RDDP,DDDP,RNase H等核酸复制相关酶,以致衣壳内部的核酸只能停留在RNA阶段,无法转录成dsDNA,即HBV的最终基因组核酸形式。   3.在N端和C端中间的这一段,residue141-148,尽管缺乏结构信息,但从我们三维结构的核酸分布位置(靠近衣壳的内壁,颗粒突起的下方)来看,可能主要起连接作用,即把核酸结合区牵引于HBcAg颗粒的衣壳内壁附近。   4.HBcAg蛋白residue142/143之后的氨基酸片断柔性很高,现有的结构解析方法都无法获得稳定的信号,以致其后的氨基酸片断都缺失了,无论是X射线晶体衍射,还是我们的冷冻电镜三维重构结果都印证了这一点。但从HBcAg-164minus、HBcAg-167minus和HBcAg-183minus三组颗粒的核酸分布位置来推测,C端氨基酸应该缠绕分布于衣壳的内部附近,而不是完全散乱、平均分布于整个颗粒内部,这应该和HBcAg蛋白C端氨基酸向内伸入的位置有关。而且当显示阈值被调低后,可观察到HBcAg蛋白基部新出现的电子密度开始与核酸区域连接,将HBcAg蛋白(residue1-149)的晶体结构拟合进冷冻电镜电子密度中,发现亚基B和C的loop结构开始插入新出现的电子密度中,方向直指黄色的核酸区。   5.添加核酸酶后,HBcAg-164plus颗粒的核酸容积明显比HBcAg-164minus颗粒减少,可见HBcAg-164minus颗粒对核酸酶是比较敏感的,分析原因可能是核酸分布于衣壳的内壁,而HBcAg颗粒的衣壳孔洞较多,可供HBcAg蛋白的C端核酸结合区伸出到衣壳外与核酸酶发生接触。
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