Nature｜病毒生物分子凝聚体

撰文 | 十一月

由相分离介导形成的生物大分子凝聚体可以起到区室化作用从而调节不同的细胞过程【1-2】。有研究表明，病毒感染细胞过程中也有相分离活性的参与【3】，但是相分离对于感染细胞中子代颗粒的组装功能的贡献还尚不可知。

2023年4月5日，美国费城儿童医院Matthew D. Weitzman研究组与Matthew Charman（第一作者）合作在Nature发表了文章A viral biomolecular condensate coordinates assembly of progeny particles，发现腺病毒中52kDa蛋白的相分离活性在病毒感染性子代颗粒的协调组装中起到关键作用。

病毒通过劫持宿主细胞进行复制以及产生传染性后代从而进行传播。生物大分子凝聚体在病毒感染过程中存在促进作用。为了对病毒感染过程中的相分离过程进行解析，作者们使用了人易感性腺病毒，该腺病毒是能够在宿主细胞核中进行复制的DNA病毒。在腺病毒感染的后期，新的病毒DNA基因组会被包装在二十面体衣壳蛋白之中。病毒感染细胞核后经历组装和合并形成成熟的子代颗粒，腺病毒中存在分子量为52kDa蛋白对于病毒颗粒组装至关重要，简称52K。

为了对腺病毒感染过程中空间组织进行研究，作者们使用血清5型腺病毒（AdV serotype 5）感染人气管上皮细胞。在感染后期，会出现新的病毒后代颗粒。通过点击化学HPG（Homopropargylglycine）标记，作者们发现病毒颗粒中新蛋白合成以依赖于HPG存在。另外，在病毒感染过程中，新合成的蛋白质会形成细胞核小体（Nuclear bodies），52K以及衣壳蛋白也会集中在这些小体之中（图1）。

图1 52K蛋白与衣壳蛋白形成细胞核小体

通过荧光漂白恢复以及1,6-己二醇处理，作者们证明了腺病毒感染后所形成的细胞核小体中蛋白具有动态性。考虑到52K本身并不是衣壳蛋白，作者们想知道52K是否在细胞核小体形成过程作为组织中心发挥作用。通过对重组52K蛋白在体外的特征进行刻画，作者们发现52K在没有病毒衣壳蛋白因子存在的情况下会形成相分离的液滴。另外，细胞里的实验也发现52K与衣壳蛋白组分能够形成共同相分离凝聚体。因此，52K足以组织衣壳蛋白细胞核凝聚体形成。

进一步地，作者们使用不表达52K的腺病毒进行细胞感染，发现被感染的细胞不能产生成熟的、具有感染性的病毒颗粒。因此，52K是腺病毒感染最后阶段相分离凝聚体形成的关键组织因子。

随后，作者们想知道决定52K相分离活性“分子语法”（Molecular grammar）是什么。为此，作者们首先对52K的内在无序序列进行分析。52K的内在无序序列位于N末端，通过建立N末端删除型52K，作者们发现52K将不能形成相分离的液滴。另外，通过降低N末端精氨酸数量，发现会导致52K的相分离活性大受影响。

最后，作者们对52K在对于病毒后代颗粒组装的作用进行解析，发现52K与衣壳蛋白在细胞核小体中的作用会帮助完成病毒后代颗粒的组装。前文提到52K中精氨酸对于52K的相分离活性非常重要，与此同时也对衣壳蛋白的共同相分离非常关键。在将精氨酸进行突变后，52K不能在被感染的细胞中形成凝聚体。脯氨酸突变型52K（P/A）的相分离活性也受到影响，说明52K蛋白无序序列N端富脯氨酸间隔区在52K和衣壳蛋白的组织病毒颗粒包装也非常重要。

总得来说，作者们的工作证明相分离活性对于腺病毒感染细胞中后代病毒颗粒的组装非常关键。这一实例说明病毒组装可以作为相分离活性生物学功能研究的模型，同时也为腺病毒感染的治疗和干预提供了新的靶点。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-023-05887-y

制版人：十一

参考文献

1. Hyman, A. A., Weber, C. A. & Jülicher, F. Liquid–liquid phase separation in biology. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 30, 39–58 (2014).

2. Shin, Y. & Brangwynne, C. P. Liquid phase condensation in cell physiology and disease. Science 357, eaaf4382 (2017).

3. Risso-Ballester, J. et al. A condensate-hardening drug blocks RSV replication in vivo. Nature 595, 596–599 (2021).

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