生物物理所等首次解析2型单纯疱疹病毒核衣壳高分辨率结构

来源：中科院

　　近日，中国科学院院士饶子和团队研究员王祥喜、湖南师范大学教授刘红荣、中科院生物物理研究所研究员章新政、中国食品与药品检定研究院教授王军志等合作，首次解析了疱疹病毒α家族的2型单纯疱疹病毒（HSV-2）核衣壳的3.1Å原子分辨率结构，阐明了核衣壳蛋白复杂的相互作用方式和精细的结构信息，并提出了疱疹病毒核衣壳的组装机制，为进一步研究病毒核衣壳与包膜蛋白的组装以及疱疹病毒的抗病毒治疗奠定了基础。相关研究成果以 Cryo-EM structure of a Herpesvirus capsid at 3.1Å 为题，于4月6日发表在《科学》（Science）上。

　　疱疹病毒是在世界范围内广泛传播的一大类病毒，包含病毒种类众多，能够感染人类在内的多种哺乳动物。疱疹病毒在感染人体后可引发口腔和生殖器疱疹、水痘、带状疱疹等多种疾病，甚至引起多种免疫系统疾病、脑炎以及癌症等发生。疱疹病毒在世界范围内广泛传播，以单纯疱疹病毒为例：世界卫生组织2017年1月数据显示，全球约有42亿50岁以下的人（约80%）感染单纯疱疹病毒（HSV-1和HSV-2）。疱疹病毒有着独特的潜伏-再活化机制，可关闭其大部分活动状态的基因，只在特定的潜伏阶段打开特定的少数基因，并在合适的条件下恢复活性，重新进入增殖过程。这种潜伏-再活化机制使由疱疹病毒感染产生的疾病难以完全治愈，患者通常将终生携带病毒。

　　疱疹病毒直径约为200nm，包含表面囊膜、蛋白质中间层（tegument proteins）、核衣壳颗粒和DNA核心四层结构。其中，核衣壳的直径约为125nm，在病毒的复制、组装、成熟以及侵染过程中都起到非常重要的作用。核衣壳包含A、B、C三类，三类核衣壳均为非标准正二十面体。A型核衣壳内部为空，不包含其他蛋白和病毒基因组；B型核衣壳内部包含支架蛋白；C型核衣壳内部包含病毒基因组，并可以逐渐成熟，成为具有侵染增殖活性的成熟病毒。过去20年，许多科学家试图用冷冻电镜技术解析疱疹病毒核衣壳的三维结构，然而由颗粒尺寸太大而导致的冰层过厚、信噪比降低和埃瓦尔德球效应，为高分辨信息的重构带来技术瓶颈。

　　该研究以HSV-2衣壳颗粒为研究对象，利用最新开发的冷冻电镜单颗粒重构的计算方法“分区计算法”和“欠焦值修正法”，解析了3.1Å的核衣壳B颗粒，并搭建了结构模型，详细分析了核衣壳中各结构蛋白的构象变化与蛋白之间的相互作用关系，阐释了病毒核衣壳早期组装的机制，为后续研究核衣壳在神经细胞的运输提供了扎实的结构基础。针对“大尺度颗粒”的重构方法的应用，使得冷冻电镜结构解析的应用范围进一步推广，巨型病毒颗粒或亚细胞系级的超大蛋白质复合物的单颗粒重构可以实现近原子分辨率，将进一步推动结构生物学的进步与发展。鉴于核衣壳结构在疱疹病毒中的重要性和保守性，针对疱疹病毒核衣壳结构的药物设计与分子筛选，该研究所解析的核衣壳结构能够为广谱性药物的研制提供结构基础。

　　饶子和团队博士研究生袁帅、王佳灵，章新政课题组博士研究生朱东杰为论文共同第一作者。王祥喜、章新政、刘洪荣、王军志、饶子和为论文共同通讯作者。生物物理所研究生王男、博士高强，湖南师范大学研究生陈文沅、唐豪参与了该研究部分工作。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划、中科院战略性先导科技专项等的资助。

 HSV-2核衣壳B颗粒衣壳蛋白之间复杂的相互作用