Nature：新研究揭示相分离参与病毒颗粒组装

“先有鸡还是先有蛋?”长期以来，科学家们一直面临着一个关于人类腺病毒如何复制的类似问题:“病毒颗粒的组装和病毒基因组的包装，哪个先发生?”如今，在一项新的研究中，来自美国费城儿童医院的研究人员回答了这个问题，表明病毒蛋白使用一种叫做相分离的过程来协调病毒后代的产生。相关研究结果于2023年4月5日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“A viral biomolecular condensate coordinates assembly of progeny particles”。

论文共同通讯作者兼论文第一作者、费城儿童医院副研究员Matthew Charman博士说，“这项新研究回答了一个根本性的重要问题：病毒核酸如何进入病毒颗粒内部，从而使病毒后代能够进入细胞。这些发现具有广泛的意义，从潜在的治疗干预到改进的基因疗法递送，此外还能扩大我们对基本细胞生物学的理解。”

病毒劫持了宿主的细胞过程来复制和产生具有感染性的后代，这是病毒传播和扩散的关键。要做到这一点，它们必须既复制其病毒基因组，又将这些基因组包装成病毒颗粒，以便感染性循环能够继续。然而，在拥挤的核环境中，基因组复制、病毒颗粒组装和基因组包装是如何协调的，人们知之甚少。

论文通讯作者、费城儿童医院病理学与实验室医学系教授Matthew D. Weitzman博士说，“如果我们把病毒复制看作是一条老式的牛奶装配线，我们知道牛奶瓶是如何形成的，它们出来时是装满的，但在这项研究之前，装满的过程有点像一个黑盒子。”

Weitzman说，“我们的发现表明，病毒颗粒在病毒基因组周围形成。延伸这个类比，许多人认为牛奶瓶必须在装满之前制成，但事实证明，牛奶瓶实际上是在牛奶周围形成的。在Charman博士的带领下，我们证实一种称为相分离的生物物理过程使这一过程以一种有序、协调的方式发生。”

这些新出现的证据表明，无膜区室是通过相分离在病毒感染的细胞内形成的。这些无膜区室被称为生物分子凝聚物（biomolecular condensate, BMC），可以通过在富集的稠相（dense phase）中浓缩或封存生物分子同时限制其在轻相（light phase）中的浓度来调节生物过程。

尽管BMC与几种病毒过程有关，但没有足够的证据表明相分离在功能上有助于病毒感染的细胞中感染性病毒后代的组装。

为了研究BMC在这个过程中的潜在作用，这些作者研究了腺病毒，即一种在细胞核内复制的DNA病毒。由于参与基因组复制的腺病毒蛋白与参与病毒颗粒组装和基因组包装的蛋白不同，他们推断专注于这种病毒将使他们能够剖析并更容易确定相分离在特定病毒过程中的作用。

病毒52K蛋白与衣壳蛋白形成具有动态的BMC特征的NB。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05887-y。

通过多种技术，包括高炔丙基甘氨酸标记（homopropargylglycinelabeling）和荧光基团点击化学，这些作者证实了腺病毒52 kDa蛋白---一种专门的组装/包装蛋白---通过相分离形成自己的无膜结构，并在新的感染性病毒颗粒的协调组装中发挥关键作用。他们发现52 kDa蛋白不仅能将病毒衣壳蛋白组织到细胞核BMC中，而且这对于组装包含病毒基因组的完整包装颗粒至关重要。

此外，这些作者用缺乏52 kDa蛋白的突变腺病毒进行了实验，结果显示，在没有病毒BMC的情况下，不完整的病毒衣壳形成。因此，他们能够证实通过改变细胞内这些无膜结构的形成，产生病毒后代的“装配线”不再正常运作。

Charman博士说，“现在知道了这些步骤，问题就变成了：我们是否可以根据这个生物过程重新设计病毒，例如，成为像基因治疗这样的创新的更好的递送工具？了解病毒是如何复制的，为我们开辟了一个世界，我们不仅有可能在未来更有效地靶向这些病毒，而且还能开发出没有当前递送方式存在的限制的基因治疗工具。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Matthew Charman et al. A viral biomolecular condensate coordinates assembly of progeny particles. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05887-y.