乙肝病毒的途径衣壳组装

26-08-2020

乙肝病毒衣壳的组装途径是使用时间分辨SAXS,模拟,热力学分析,以及最大信息熵的优化解决。最早的步骤的反应的,由衣壳蛋白之间的关联自由能控制的,决定了组件通路。

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病毒是我们这个星球上最丰富的生物实体。它们的结构,只有很少的部件构成,提出了一种生物学功能,自组装结构的一个理想的例子。病毒封装和保护自己的遗传物质在被称为衣壳蛋白外壳。最小化病毒基因组编码的结构蛋白的量,衣壳是由少数蛋白质的许多拷贝的,往往只有一个,通常在球形或螺旋排列。这种简约设计,通过弱的蛋白质 - 蛋白质相互作用结合在一起,支持一个非常有效的组装过程中,产生一个单分散的,稳定的结构。

已知的病毒家族的一半具有二十面体衣壳(多面体含有20个三角面,绕每个顶点五倍对称)。虽然许多衣壳的结构是已知的,其装配和拆卸过程仍然知之甚少。

衣壳可以有一百个甚至上千个亚基组成,因此有一个庞大的数字可能的中间体,以及更多潜在的装配途径。然而,组装迅速,高保真。在覆盖的组装的早期阶段的高空间和时间分辨率的实验的动力学数据,是解决病毒的潜在机制组装/拆卸是至关重要的。

近来,乙肝病毒的组装途径(HBV)衣壳观察。HBV引起约合2.7亿元例慢性感染,导致每年约有88万人因此死亡肝病和癌症。HBV具有同型二聚体核心蛋白(CP)组成的二十面体衣壳。体内组件包括自发成核,以形成空颗粒,包括在感染过程中90%的颗粒存在的。重组衣壳蛋白装配结构域,Cp149(第一149个Cp的残基),组装体外成空衣壳,等同于从衣壳病毒表达细胞中分离。

HBV衣壳由90(衣壳对称性T = 3)或120(T = 4)Cp149二聚体。估计有10三十从二聚体到完整衣壳组装路径上的中间体。因此,解决HBV衣壳组装机构是一个病态问题。为了识别组件的途径,使用图论来表示HBV的中间体的结构。然后进行Monte Carlo模拟的伞采样以创建的独特组件中间体[1]的综合库。使用该软件d +(scholars.huji.ac.il/uriraviv/software/d-software)[2],产生各构件的在库中的原子模型和它的溶液的小角度X射线散射(SAXS)曲线计算的。基于HBV衣壳的巨正自由能风景这个库已被校准与实验SAXS数据HBV衣壳组装反应处于平衡[1,3]中选择的中间体。

使用时间分辨SAXS设置的ID02,实时的组件HBV衣壳被跟踪(图1)。严格地分析以最小的偏差的数据,最大信息熵优化分析用先验分布在装配反应的发作(施加,从校准的巨正自由能风景衍生图2)[3]。基于平衡的先验知识过滤掉最稳定的中间体,有可能向大会反应显著的贡献。

Cp149二聚体的组装的动力学

图1。Cp149的动力学二聚体组装。(a)中温和的装配条件(163 mM乙酸铵),(B)在温和条件(313毫摩尔),和(c)侵蚀性的条件(513毫米)。(左图)TR-SAXS数据(灰色曲线和误差棒)在选定的早期,通过最大信息熵优化(黑色曲线)装配到中间体的文库。和时间 - (右图)拟合的结果在质量分数,大小(二聚体的数量s)来显示在3D绘图。添加插图来表示主要部件沿组装路径积累。

HBV的途径衣壳包装被发现早期中间体决定。在温和的,生物相关,二聚体二聚体关联自由能,10秒的滞后期后开始装配并似乎与Cp149二聚体和​​完整T = 4个衣壳双态反应。其他中间体没有累积到检测的量。巨正则自由能风景预测的相对高和宽势垒发起组件,其防止中间体的积累,随后的能量朝向充分衣壳降低没有局部最小值。乐动MG电子该景观带多个可逆的步骤一致,使反应遵循最小自由能的路径,在其最稳定和紧凑的中间结构是占主导地位。下侵略性组装条件,其中该二聚体二聚体关联自由能为约1ķŤ更强,反应更快,且二聚体浓度而没有任何可测量的延迟期减少。中间体的多样化,包含第一250毫秒内积累二聚体7和35之间,在此之后,检测与两个不同的半径衣壳(对应于T = 4和T = 3的衣壳对称性)。第一第二后,二聚体浓度仍足以由中间体的任一慢伸长或建立新的“衣壳组装线” [3],以支持组件T = 4个衣壳。

在组装反应的发生校准巨正则免费能源格局

图2。在组装反应的发生校准巨正则免费能源格局。的(a) - (b)中的热图的自由能的表面(在k-T单元)中的连接相对于中间体的大小(以二聚体)对于T的程度的平面绘制=在装配反应的发作4衣壳。热映射对应于温和的(a)和积极的(b)中的条件。连通的程度是一个中间体的稳定性的度量,基于interdimer交互的数量。最稳定的中间体被沿着其中连接的度等于1行中发现(由在面板的最低自由能路径红色箭头(a)中表示)。(C)初始巨正自由能变化,沿最小自由能路径(参照图(a))为T = 4点的中间体,在两个组件的条件。(d)HBV的插图衣壳组装在不同溶液条件通路。

我们的研究结果表明在二聚体二聚体自由结合能控制小的变化反应的早期步骤,其决定了随后的装配途径,并且可以理解,调节和设计蛋白笼组装提供策略。

主要出版物和作者
中间结构听写衣壳包装的途径,J.上午。化学。SOC。142,7868-7882(2020);DOI:10.1021 / jacs.0c01092
化学(一)研究所和纳米科学中心和纳米技术,耶路撒冷希伯来大学(以色列)
(二)分子和细胞生物化学系,印地安那大学伯明顿分校(美国)

参考
[1] ASOR R,塞尔泽L,Schlicksup CJ,召Z,Zlotnick A,雷维吾U.,ACS纳米13,7,7610-7626(2019)。
[2]金斯伯格A,奔嫩T,ASOR R,示麦A,芬克L,Tekoah R,Levartovsky Y,Khaykelson d,达兰R,Fellig A和雷维吾Ù,J。申请CRYST。52,219-242(2019)。
[3] ASOR R,Schlicksup CJ,召Z,Zlotnick A,雷维吾U.,J.上午。化学。SOC。142,17,7868-7882(2020)。