摘要：生物學(xué)家證明，HIV-1的衣殼就像特洛伊木馬一樣，通過核孔傳遞病毒貨物。
逆轉(zhuǎn)錄病毒不能自己復(fù)制——它們必須將自己的遺傳密碼插入宿主的DNA中，利用宿主細(xì)胞的資源復(fù)制更多的自己，從而進(jìn)一步感染。一些逆轉(zhuǎn)錄病毒僅在細(xì)胞分裂時(shí)感染細(xì)胞，此時(shí)保護(hù)宿主遺傳物質(zhì)的核膜破裂，使其易于接近。HIV-1是一種逆轉(zhuǎn)錄病毒，被稱為慢病毒，可以感染非分裂細(xì)胞。
HIV-1通過將其基因組包裝成一個(gè)被稱為衣殼的大錐形結(jié)構(gòu)將其傳遞到細(xì)胞核中，但其確切的機(jī)制幾十年來一直難以捉摸。穿過核膜的過程是通過核孔(甜甜圈形狀的蛋白質(zhì)組合)進(jìn)行的，并受其調(diào)節(jié)。人類細(xì)胞有大約2000個(gè)核孔穿過核膜。一些早期的證據(jù)表明，衣殼在進(jìn)入細(xì)胞核的過程中保持完整，但這就產(chǎn)生了一個(gè)維度上的難題。HIV-1的錐形衣殼長(zhǎng)約120納米，寬約60納米——研究人員認(rèn)為，太大了，無法穿過只有43納米寬的核孔。
麻省理工學(xué)院生物系施瓦茨實(shí)驗(yàn)室的成員對(duì)這個(gè)問題產(chǎn)生了興趣，當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室里的一位博士后使用冷凍電子斷層掃描，將冷凍細(xì)胞切片來檢查結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示核膜上的核孔大于43納米。事實(shí)證明，當(dāng)它們離開它們的自然環(huán)境時(shí)，它們會(huì)收縮。在天然條件下，核孔復(fù)合物的寬度約為60納米，足以容納HIV-1衣殼。
知道了它可以適應(yīng)，一個(gè)問題仍然存在:衣殼如何在密集的面條狀蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中穿行，這些蛋白質(zhì)在核孔通道中起到篩子的作用?這種意大利面狀的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)允許小貨物通過，但阻止大貨物進(jìn)入，除非有一種叫做核運(yùn)輸受體的蛋白質(zhì)護(hù)送。
在今天發(fā)表在《Nature》雜志上的一篇開放獲取的論文中，研究人員提供了證據(jù)，證明HIV-1衣殼模仿細(xì)胞的運(yùn)輸受體穿過核孔。
圖1 HIV-1的衣殼像細(xì)胞的貨物受體一樣進(jìn)入細(xì)胞核
為了支持這一結(jié)論，研究人員在體外展示了三件事:HIV-1衣殼可以通過核孔類似物運(yùn)送貨物;衣殼可以與核孔通道中的蛋白質(zhì)篩相互作用;在沒有天然轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的情況下，衣殼會(huì)瞄準(zhǔn)核孔。
核轉(zhuǎn)運(yùn)受體通過“趕走"通道內(nèi)意大利面狀的蛋白質(zhì)網(wǎng)，護(hù)送大量貨物通過核孔——就像有人牽著你的手，引導(dǎo)你穿過擁擠的舞池。HIV-1衣殼與意大利面樣蛋白相互作用，但它的作用更像是特洛伊木馬——衣殼封裝病毒貨物，保護(hù)它在細(xì)胞質(zhì)中不被檢測(cè)到，當(dāng)它進(jìn)入核孔復(fù)合體時(shí)。
“細(xì)胞真正令人驚奇的是，它們非常復(fù)雜。研究細(xì)胞的真正困難之處在于它們非常復(fù)雜，"Schwartz實(shí)驗(yàn)室的研究生、第一作者Erika Weiskopf開玩笑說?！吧锘瘜W(xué)家一直在努力尋找方法，在簡(jiǎn)化的背景下研究他們的系統(tǒng)，但仍然賦予它細(xì)胞生物學(xué)的味道。"
為此，Weiskopf實(shí)驗(yàn)室與馬克斯普朗克多學(xué)科科學(xué)研究所細(xì)胞物流主任Dirk G?rlich合作。G?rlich是與麻省理工學(xué)院生物學(xué)教授托Thomas Schwartz共同撰寫該論文的資深作者。G?rlich的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在核孔中發(fā)現(xiàn)了濃縮的意大利面狀蛋白質(zhì)液滴，這些液滴允許和排除貨物的方式與核孔相同。在實(shí)驗(yàn)中，熒光標(biāo)記的貨物沒有進(jìn)入液滴，但是包裝在HIV-1衣殼中的熒光標(biāo)記貨物被遞送。這表明衣殼可以通過核孔運(yùn)送貨物。
通過生物物理結(jié)合試驗(yàn)，研究人員還發(fā)現(xiàn)HIV-1衣殼與通道內(nèi)的蛋白質(zhì)相互作用。在不同的通道部分發(fā)現(xiàn)不同的意大利面樣蛋白，例如在細(xì)胞質(zhì)一側(cè)的入口或僅在通道內(nèi);人類細(xì)胞中有10種這樣的蛋白質(zhì)。衣殼是一種混雜的粘合劑——它可以與通道中發(fā)現(xiàn)的所有意大利面狀蛋白質(zhì)相互作用。
即使沒有細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)受體，衣殼也能靶向核孔復(fù)合體，這表明它不征用天然轉(zhuǎn)運(yùn)受體來尋找和進(jìn)入核孔。研究小組在核細(xì)胞質(zhì)運(yùn)輸領(lǐng)域使用了一種經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)來收集證據(jù):當(dāng)細(xì)胞用洋地黃苷處理時(shí)，它們的膜變得多孔。細(xì)胞質(zhì)中的所有物質(zhì)都會(huì)從細(xì)胞中泄漏出來，但核膜將保持完整。盡管缺乏天然蛋白，衣殼被核孔復(fù)合物吸引，這一行為表明核轉(zhuǎn)運(yùn)受體。
圖2 HIV-1衣殼物種對(duì)NPC的自主靶向
盡管衣殼的行為像核轉(zhuǎn)運(yùn)受體一樣穿透核孔，但它本質(zhì)上是不同的。運(yùn)輸受體不需要像衣殼那樣隱藏物質(zhì)以避免被發(fā)現(xiàn)。
這些發(fā)現(xiàn)為研究核孔復(fù)合體能夠容納什么打開了新的思路。
Weiskopf說:“HIV-1衣殼是我們目前所知道的能夠完整通過核孔復(fù)合體的最大的東西之一。這引發(fā)了各種各樣的問題——還有什么我們認(rèn)為不可能的東西可以通過這個(gè)孔?"
另一個(gè)問題是，人類細(xì)胞中的2000個(gè)核孔是否都是相同的，或者是否有什么東西使某些孔更容易讓衣殼通過。
衣殼具有不同尋常的彈性，這一特性可能是通過孔的關(guān)鍵。該領(lǐng)域另一個(gè)有趣的問題是，錐形衣殼是否通過擠壓進(jìn)入孔隙。
盡管該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明衣殼可以進(jìn)入孔，但在通道的另一端發(fā)生的事情仍然未知-衣殼是否完(空格)全或部分進(jìn)入細(xì)胞核或在通道內(nèi)分解。Weiskopf正在研究干擾衣殼或意大利面狀蛋白的部分，以了解哪些相互作用對(duì)成功進(jìn)入衣殼最重要。
盡管這些結(jié)果擴(kuò)大了我們對(duì)核孔的理解，但對(duì)于HIV-1感染和通過核孔復(fù)合物的轉(zhuǎn)運(yùn)過程仍有許多未知之處。
“核孔是細(xì)胞生物學(xué)中如此重要的一個(gè)元素，我們認(rèn)為更好地理解它會(huì)很有趣——這就是我們?nèi)绾伟l(fā)現(xiàn)核孔比我們預(yù)期的要大得多，"Weiskopf說。“我們肯定會(huì)嘗試看看我們是否能理解HIV-1感染的機(jī)制，衣殼是如何在通道的另一邊釋放的，那里有什么重要的因素，以及你可以在多大程度上操縱或影響它用于治療應(yīng)用。"
參考資料
[1] HIV-1 capsids enter the FG phase of nuclear pores like a transport receptor
