2020年10月27日

研究揭示了艾滋病毒生命周期中的关键步骤

乍看上去

  • 研究人员能够通过重组并观察这些事件在细胞外展开来揭示HIV复制的关键步骤。
  • 科学家创建的系统可能对将来艾滋病毒生命周期的早期阶段的研究有用。
电子显微照片和插图显示HIV衣壳逆转录 顶部,可见的衣壳破裂切片。 DNA环的品红色增强。底部是说明DNA和衣壳晶格的3D排列的复合模型。 Christensen等人,《科学》

艾滋病病毒或人类免疫缺陷病毒是导致AIDS的免疫缺陷综合症的病毒。今天,美国有超过一百万的人感染艾滋病毒。 艾滋病病毒通过破坏对抵抗感染至关重要的免疫细胞来攻击免疫系统。未经治疗,病毒会逐渐破坏免疫系统并引起艾滋病。

科学进步已将艾滋病毒从致命疾病转变为可控制的慢性病。研究人员已经开发出可以使艾滋病病毒感染者过长健康生活的药物。这些药物称为抗逆转录病毒疗法,也有助于防止HIV传播给他人。但是,尽管已经取得了许多进步,但仍无法治愈艾滋病。科学家们仍在努力学习更多有关HIV基本生物学的知识。 

由犹他州卫生大学的Wesley Sundquist博士和弗吉尼亚大学的Owen Pornillos博士领导的研究人员着手更好地了解HIV复制的关键步骤。为了感染细胞,包围HIV的膜首先与宿主细胞的表面融合。这会将包含病毒基因组和复制酶的锥形衣壳带入细胞。

一旦进入细胞,该病毒的遗传物质(单链RNA)就会被一种称为逆转录酶的酶转化为人类用来存储我们遗传密码的双链DNA。然后,这种DNA通过一种称为整合酶的酶整合到细胞的DNA中。

科学家们争论了艾滋病衣壳的作用。尚不清楚是否可以在衣壳内部发生逆转录,以及完整的衣壳是否可能促进该过程。这项新研究对这些问题提供了见识。它由NIH国家过敏和传染病研究所(NIAID)部分资助。结果发表在 科学 2020年10月9日。

研究人员能够在实验室中创造条件,使他们可以观察逆转录和整合过程。他们可以操纵衣壳并观察其对HIV复制的影响。

研究小组发现逆转录取决于衣壳的结构。当他们使用遗传和生化方法破坏衣壳的稳定性时,逆转录无法有效地将HIV RNA转化为DNA。 

他们能够使用冷冻电子显微镜和分子模型从视觉上确认这一点。成像显示大多数衣壳在DNA合成过程中保持完整或接近完整。这表明逆转录必须发生在基本上完整的衣壳内部。

科学家们还发现,拆解衣壳可能需要进行整合。他们将新形成的HIV DNA整合到环状DNA分子中,类似于细胞中的过程。为此,需要添加人细胞提取物。需要进一步研究以确定哪些细胞成分对于整合至关重要。

Sundquist说:“我们的发现揭示了对HIV基因组逆转录和整合的重要见解。” “我们期望我们的无细胞系统将有助于推进对早期病毒生命周期的未来研究。”

相关链接

参考文献: 体外重组和可视化HIV-1衣壳依赖性复制和整合。 Christensen DE,Ganser-Pornillos BK,Johnson JS,Pornillos O,Sundquist WI。 科学。 2020年10月9日; 370(6513):eabc8420。 doi:10.1126 / science.abc8420。 PMID:33033190。 

资金: 美国国立卫生研究院国家过敏和传染病研究所(NIAID);弗吉尼亚大学医学院。