Cell最新研究：揭秘双链RNA病毒BTV在宿主细胞内的复制组装机制

Cell最新研究：揭秘双链RNA病毒BTV在宿主细胞内的复制组装机制

病毒入侵宿主细胞并在细胞内复制组装是一个高度调控的过程。对于双链RNA病毒BTV，其如何将多段基因组同时组装进多层衣壳内一直是个未解之谜。近日，加州大学洛杉矶分校周正洪团队在Cell期刊上发表研究论文，利用冷冻电子显微镜（cryo-EM）和冷冻电子断层成像（cryo-ET）等多种技术，揭示了BTV病毒在宿主细胞内复制组装的机理，并提出了BTV病毒组装的"二重性"模型。

病毒复制组装的基本原理

病毒入侵宿主细胞后，其基因组开始转录翻译生成新的病毒衣壳蛋白。这些蛋白进一步组装并将新的病毒基因组包装起来，形成完整的病毒颗粒并释放到宿主细胞外。

病毒基因组能够以不同形式存在，包括单链或双链、DNA或RNA等。对于双链DNA病毒如疱疹病毒，采用"预组装模型"，即dsDNA被马达蛋白以消耗ATP的形式包装进预组装的病毒蛋白衣壳内；而对于单链RNA病毒如狂犬病毒和基孔肯雅热病毒等，则采用病毒基因组与衣壳蛋白结合的"共组装模型"。

BTV病毒的特殊性

蓝舌病毒（Bluetongue virus，BTV）是一种无囊膜双链RNA病毒，能够感染牛、羊、鹿等动物，引起严重的传染性疾病蓝舌病，致死率超过90%。BTV病毒颗粒由三层衣壳蛋白包裹着10段双链RNA基因组构成，其组装过程极为复杂，一直是领域内悬而未解的难题之一。

研究方法与发现

研究团队利用聚焦离子束减薄（cryo-FIB）和冷冻电子断层成像（cryo-ET）相结合的技术，探究了BTV在宿主细胞内的复制组装过程。通过亚断层平均分析，研究者们捕获了多种病毒组装的中间状态，包括单层的pre-subcore、双层的core、三层的pre-virion和virion等。其中，pre-subcore是首次发现的早期中间体，对于理解病毒基因组包装至关重要。

通过结合单颗粒分析、体外重组和突变体的生化细胞功能验证，研究者们解析了11个病毒基因组包装和衣壳组装的中间体。研究发现，病毒蛋白VP6对于BTV基因组RNA的组装至关重要，它以五聚体形式结合在VP3下方，具有RNA结合功能，可以将基因组ssRNA从衣壳外部通过5次轴通道运送到衣壳内部。

BTV病毒组装的"二重性"模型

研究揭示了BTV组装过程同时具有ssRNA病毒衣壳蛋白和基因组共组装的特性，以及dsDNA病毒衣壳蛋白预组装的特性，统一了先前相互矛盾的模型。在10段ssRNA基因组相互作用同时被包裹进衣壳后，由RNA聚合酶VP1复制成为dsRNA，此过程中内陷的VP3向外扩张成为球形，紧接着中间层和外层蛋白依次组装形成一个完整的病毒颗粒并释放到细胞外。

图1：BTV病毒复制周期示意图

研究意义

本研究结合多项技术，揭示了dsRNA病毒在宿主细胞内复制组装的机理，提出了BTV病毒组装的"二重性"模型，为其他类型病毒的研究提供了参照，也为相应抗病毒疫苗和药物的开发提供了宝贵的科学依据。

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.03.007

本文原文来自PharmCube