對于一些巨型病毒，DNA 包裝技巧可能對傳染性至關(guān)重要。被稱為馬賽病毒科的變形蟲感染病毒將它們的 DNA 纏繞在蛋白質(zhì)周圍，就像松散地纏繞在線軸上的線一樣。Howard Hughes 醫(yī)學研究所研究員 Karolin Luger 及其同事于 2021 年 7 月 22 日在Cell雜志上報告說，這種包裝安排可能有助于馬賽病毒科劫持變形蟲的細胞機器進行自我復制。

科羅拉多大學博爾德分校的結(jié)構(gòu)生物學家和生物化學家 Luger 說，這一發(fā)現(xiàn)表明這些 DNA 包裹的蛋白質(zhì)(稱為組蛋白)在病毒的生命周期中發(fā)揮了令人驚訝的新作用。連同最近發(fā)表在《自然結(jié)構(gòu)與分子生物學》上的一篇論文，這項新工作擴展了具有這種 DNA 包裝結(jié)構(gòu)或核小體的生物體的集合。

倫敦帝國理工學院生物學家托拜厄斯·沃內(nèi)克 (Tobias Warnecke) 沒有參與這項研究，他說：“正如最令人興奮的科學往往做的那樣，這篇論文為提出比打算回答的問題更多的問題打開了大門。”

人類、蘑菇、貓和植物都屬于一個叫做真核生物的群體，這些生物的細胞核被膜包圍。幾十年來，科學家們已經(jīng)知道真核細胞將 DNA 鏈包裹在八種組蛋白周圍以形成核小體。普遍的觀點是，這種組織是真核生物所獨有的。但是最近的一些發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了這個想法。

例如，科學家們已經(jīng)在稱為古細菌的微生物中鑒定了組蛋白。Luger 的團隊以及其他人已經(jīng)證明，這些生物可以像真核生物一樣彎曲組蛋白周圍的 DNA。研究人員還在馬賽病毒科巨型病毒中發(fā)現(xiàn)了組蛋白——這種病毒的大小是流感病毒的兩倍多。

Luger 的團隊想要發(fā)現(xiàn)為什么一些巨型病毒(有時稱為“giruses”)需要它們自己的組蛋白。該團隊包括科羅拉多大學博爾德分校和法國艾克斯馬賽大學的研究人員，他們對馬賽病毒科的成員墨爾本病毒進行了體外實驗，以發(fā)現(xiàn)有關(guān)組蛋白功能的線索。研究人員還從一種巨型病毒中刪除了組蛋白基因，然后測試它是否仍然可以感染細胞。

Luger 和她的同事發(fā)現(xiàn)，組蛋白成對聚集在一起，形成不穩(wěn)定的核小體樣顆粒。這些搖擺不定的顆粒具有獨特的結(jié)構(gòu)和行為特性，可幫助病毒感染其目標。與大多數(shù)侵入細胞核進行復制的病毒不同，巨型病毒停留在宿主的細胞質(zhì)中，即細胞核外的水區(qū)。“這真的很奇怪，”盧格說。“細胞核中有很多 DNA，那么為什么這些組蛋白不去那里組織宿主 DNA 呢?”

在受感染的變形蟲細胞質(zhì)內(nèi)的“病毒工廠”中，巨型病毒將它們的 DNA 打包成束。研究小組發(fā)現(xiàn)，這些束比真核核小體更不穩(wěn)定，更不緊湊。這種松散的包裝可以使病毒基因組易于訪問，讓宿主蛋白質(zhì)復制病毒復制所需的基因。研究小組發(fā)現(xiàn)，如果沒有組蛋白，病毒就無法組織其 DNA，也無法成功感染變形蟲。

關(guān)于病毒組蛋白的許多問題仍然存在。例如，研究人員不知道為什么它們成對融合，或者為什么病毒首先具有核小體。Luger 指出，其他病毒可以在沒有 DNA 結(jié)構(gòu)的情況下成功復制。

美國國家癌癥研究所的生物化學家 Yamini Dalal 和 Daniël Melters 說，巨型病毒如何獲得組蛋白基因并加以利用“是核小體進化過程中那些令人著迷的‘神秘人物’之一”。他們補充說，Luger 團隊的新論文擴大了跨越生命王國的核小體結(jié)構(gòu)的龐大目錄。“這項工作明確表明，這些病毒組蛋白可以組裝成非常類似于它們的真核對應(yīng)物的核小體。”

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