我國科學家首次揭示人類皰疹病毒基因組包裝關鍵機制

人類I型單純皰疹病毒（HSV-1）DNA通道蛋白的原子分辨率三維結構。圖片創作：王國燕 馬燕兵

本報訊（中國青年報·中青在線記者 王磊王海涵）記者近日從中國科學技術大學獲悉，中國科大合肥微尺度物質科學國家研究中心、生命科學學院劉雲濤博士、畢國強教授與合作者利用冷凍電鏡首次解析了人類皰疹病毒基因組包裝的關鍵機制以及病毒的DNA基因組結構，有助於預防和控制皰疹病毒引發的多種疾病，並有望改造皰疹病毒用於靶向治療。該研究論文於5月30日在線發表於《自然》雜誌。

皰疹病毒是一類在自然界廣泛存在的病毒，在感染人體後能夠引發多種疾病，包括帶狀皰疹、出生缺陷、多種免疫系統疾病以及癌症。皰疹病毒包括囊膜、中間體蛋白層、核衣殼和基因組四層結構，其中核衣殼通常被視為一個正二十面體，其上有一個獨特的DNA通道，是病毒基因組進出的地方。由於缺乏病毒基因組和衣殼DNA通道的高分辨結構，人們對於病毒粒子的基因組包裝過程知之甚少。

在皰疹病毒生命周期中，最關鍵的過程之一就是將DNA剪切酶“召集”到衣殼獨特的DNA通道上，識別、包裝和切割雙鏈DNA，最終產生含有基因組的病毒粒子。當病毒基因組在病毒衣殼內裝滿後，會發出某種信號，從而切除冗余的DNA以完成組裝。研究人員建立了一套特殊算法，利用冷凍電鏡獲得了皰疹病毒衣殼上DNA通道的原子分辨率結構以及大部分基因組的高分辨率三維結構，發現病毒基因組具有左手超螺旋的纏繞方式和一個無序核心，並揭示了病毒基因組包裝信號的傳導方式和基因組如何通過衣殼DNA通道。

該研究展示了皰症病毒完整的非對稱結構，獲得了第一個真核生物病毒的DNA通道原子模型，也是第一次探測到DNA在通道裡的扭曲狀態。審稿人評論說：“作者採用最前沿的局部分類方法對皰疹病毒結構的完美解析，堪稱高分辨冷凍電鏡三維重建的匠心力作。”

畢國強介紹，通過理解皰疹病毒DNA轉運和基因組包裝信號獲取和傳遞的基本規則，一方面有望針對性地用於皰疹病毒引起的疾病的預防和控制；另一方面這些發現有助於對皰疹病毒進行改造，使其成為更實用的載體工具，並用於腫瘤靶向治療或大腦神經環路示蹤等。

該研究是中國科大合肥微尺度國家研究中心集成影像中心的又一里程碑式成果。經過近10年發展，集成影像中心率先在國內建立了完善的多尺度、多模態顯微成像的技術方法與平台，並培養了多位掌握前沿交叉學科技術的青年科學家。