刘扬等首次揭示了病毒核小体的功能与结构

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核小体(nucleosome)，作为真核生物染色质的基本组成单位，由组蛋白(histone)的2个H2A-H2B异二聚物，1个(H3-H4)2异四聚物和bpDNA装配而成，从而有效地组织基因组DNA并显著地影响所有与DNA相关的细胞活动(比如RNA转录，DNA复制与修复等等)。除真核生物外，某些古细菌(Archaea)中也存在更简化版的核小体。通常，核小体被认为是不存在于病毒这类基因组相对极小的非真核生物中的。有意思的是，研究人员在巨病毒Marseillevirus家族中发现了编码类组蛋白(histone-like)的基因。与真核生物的组蛋白不同，这些病毒组蛋白以天然的双联体(histonedoublet)形式存在，而且氨基酸序列与真核生物的组蛋白也相去甚远。因此，对于病毒的组蛋白是否能形成核小体，病毒核小体结构特点，以及其自身生物学作用的研究，无论在染色质装配或是进化方面，都具有十分重要的意义。KarolinLuger团队(TheUniversityofColoradoatBoulder)主要研究核小体相关的结构和动力学。不同物种，尤其是非真核生物的核小体结构研究是实验室的长期兴趣。先前团队通过X-ray结晶衍射和单颗粒冷冻电镜解构和阐释了类似螺旋弹簧(slinky)的古细菌的核小体结构。而合作团队ChantalAbergel(Aix–MarseilleUniversity)则是研究巨病毒基因组学和蛋白组学的专家。年7月22日，Cell杂志在线发表了Luger团队和Abergel团队的合作文章Virus-encodedhistonedoubletsareessentialandformnucleosome-likestructures。该研究首次展示了病毒核小体(MV_NLP)的结构与功能。通过荧光示踪技术，团队发现病毒双联体组蛋白在被感染的宿主变形虫中主要富集于病毒工厂(viralfactory)而非细胞核。在提纯的成熟病毒颗粒（virion）中，质谱分析发现病毒双联体组蛋白的丰度仅次于丰度最高的主要衣壳蛋白（majorcapsidprotein）。通过计算发现，成熟病毒颗粒中的组蛋白足够包装整个病毒基因组。为了进一步阐释病毒双联体组蛋白的功能，双联体组蛋白被选择性地敲除。团队发现组蛋白被敲除的病毒无法有效地组装具有感染性的病毒颗粒。此结果说明了病毒双联体组蛋白对于病毒装配和感染的重要性。下一步，团队体外重组表达了病毒双联体蛋白（MV-H4-H3,MV-H2B-H2A）。运用经典的核小体组装流程，病毒双联体组蛋白可以与DNA形成稳定的复合物。蔗糖梯度离心（sucrosegradient）和分析型超速离心（AnalyticalUltraCentrifugation）显示了双联体组蛋白/DNA复合物的生化组成。原子力显微（Atomicforcemicroscopy）技术发现双联体组蛋白/DNA复合物形成类核小体结构。在获得稳定和高浓度的复合物后，团队运用单颗粒冷冻电子显微(singleparticlecryoEM)技术成功解析了2个病毒类核小体结构(结构中分别包括bpDNAandbpDNA，解析度分别为4.0埃和6.1埃)。总体上看，病毒核小体与真核生物核小体非常类似。尽管组蛋白是双联体模式，它们在核小体中的总体结构以及包装DNA的方式都几乎一样。但是，病毒核小体也展示了独特的性质。区别于真核生物的组蛋白，病毒组蛋白通过蛋白末端相联（H4的C端连H3的N端，H2B的C端连H2A的N端）。这些末端相联使病毒核小体失去了几个重要的组蛋白尾端（histonetail）特性。由于很多核小体结构和功能都与组蛋白尾端相关，因此病毒核小体可能缺乏这些方面的功能。同时，H4与H3的相联区显著地影响了核小体DNAend的包裹(wrapping)，从而让病毒核小体结构更松散。另外，一些组蛋白相互作用区域的氨基酸序列也与真核组蛋白不同。这些不同让组蛋白核心的装配更不稳定和松散。这些特性也在生化实验中被证实。此研究首次揭示了病毒核小体的结构和功能，也进一步拓展了核小体在进化上的意义。Luger团队的刘扬博士为本文第一作者。KarolinLuger博士和ChantalAbergel博士为本文共同通讯作者。原文链接：

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