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Cell:成功绘制艾滋病病毒衣壳蛋白结构图

来源:科技日报 2009-06-15 14:57

专题:Cell专题

图为构成HIV病毒衣壳的CA蛋白六聚物。

《细胞》杂志6月11日网络版刊发文章称,美国科学家采用X光晶体照相术,首次精确描绘出构成人类艾滋病病毒(HIV)衣壳的CA蛋白六聚物结构图,为人类寻找艾滋病治疗新法带来了曙光。

自1981年艾滋病首次发现以来,所有的治疗药物都瞄准了艾滋病病毒生命周期的关键步骤,如利用蛋白酶抑制剂阻断蛋白分裂,从而防止病毒的产生。这些药物虽然在一定程度上能够延长患者的生命,但随着病毒抗药性的增强,其效用越来越不明显。

为此,科学家们开始寻求另外一种解决途径,希望通过阻碍病毒衣壳形成或摧毁病毒衣壳来削弱甚至杀死艾滋病病毒。但由于对HIV病毒衣壳的结构和形成机制没有更清楚的认识,科学家们一直无法找到相应的办法来达到目的。病毒衣壳是包围在病毒核酸外的一层蛋白质,由一定数量的壳粒组成。科学家们此前发现,HIV病毒衣壳是由大约250个六边形的蛋白团呈蜂窝状排列组合而成,其内包裹着病毒遗传物质。HIV病毒会绑定细胞表面受体,然后将衣壳转移到细胞的胞浆之中,从而感染人体细胞。

美国斯克里普斯研究所的马克·耶格尔教授和他在弗吉尼亚大学、犹他大学的同事一起,采用X光晶体照相术,第一次详细描述了构成HIV病毒衣壳的六边形蛋白体的高清分子结构,他们称这种六边形蛋白体为CA蛋白六聚物。研究人员发现,在CA蛋白六聚物中,六个氨基酸链的氮末端聚合在一起,形成六聚物的中心,而氨基酸链的碳末端则形成围绕中心的“软”带,起着连接相近六聚物的作用。大约250个这样的六聚物结合在一起,形成了病毒衣壳。由于起连接作用的“软”带非常柔软,所以这些衣壳的曲率并非固定不变。

通过观察,研究小组还发现了六聚物中相近CA蛋白分子的氨基酸氮末端与碳末端的连接方式,这对了解HIV病毒衣壳的稳定性具有重要意义,有助于科学家找到干涉这种连接的方法。比如设计出能够插入关键位置的小分子,来阻碍衣壳的形成,或者使衣壳处于不稳定状态。而任何能够使病毒衣壳不稳定的东西,不论是阻碍六聚物的聚集结合,还是促成病毒衣壳的损坏解体,都会起到削弱甚至杀死病毒的作用。

该研究项目由美国国立卫生研究院和乔治 E·休伊特医学研究基金资助。(生物谷Bioon.com)

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Cell, 11 June 2009 doi:10.1016/j.cell.2009.04.063

X-Ray Structures of the Hexameric Building Block of the HIV Capsid

Owen Pornillos1,5,Barbie K. Ganser-Pornillos1,5,Brian N. Kelly2,Yuanzi Hua1,Frank G. Whitby2,C. David Stout3,Wesley I. Sundquist2,Christopher P. Hill2andMark Yeager1,4,5,,

1 Department of Cell Biology, The Scripps Research Institute, La Jolla, CA 92037, USA
2 Department of Biochemistry, University of Utah School of Medicine, Salt Lake City, UT 84112, USA
3 Department of Molecular Biology, The Scripps Research Institute, La Jolla, CA 92037, USA
4 Division of Cardiovascular Diseases, Scripps Clinic, La Jolla, CA 92037, USA
5 Department of Molecular Physiology and Biological Physics, University of Virginia Health System, Charlottesville, VA 22908, USA

The mature capsids of HIV and other retroviruses organize and package the viral genome and its associated enzymes for delivery into host cells. The HIV capsid is a fullerene cone: a variably curved, closed shell composed of approximately 250 hexamers and exactly 12 pentamers of the viral CA protein. We devised methods for isolating soluble, assembly-competent CA hexamers and derived four crystallographically independent models that define the structure of this capsid assembly unit at atomic resolution. A ring of six CA N-terminal domains form an apparently rigid core, surrounded by an outer ring ofC-terminal domains. Mobility of the outer ring appears to be an underlying mechanism for generating the variably curved lattice in authentic capsids. Hexamer-stabilizing interfaces are highly hydrated, and this property may be key to the formation of quasi-equivalent interactions within hexamers and pentamers. The structures also clarify the molecular basis for capsid assembly inhibition and should facilitate structure-based drug design strategies.

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