磷酸肌醇是HIV-1组装的辅助因子
撰文丨望夜责编丨迦溆
人类免疫缺陷病毒（HIV）多年来始终是病毒学的研究热点之一，HIV相关的结构文章更是生物学顶级期刊的 “常客”。针对HIV的药物开发，也成为各大制药公司争相追捧的“明星”。近日，Nature杂志在线发表了美国康奈尔大学Volker M. Vogt教授组与弗吉尼亚大学Owen Pornillos教授组合作完成的一项工作【1】，通过结构和功能学研究，确认磷酸肌醇是HIV-1病毒组装的辅助因子。
磷酸肌醇（Isositol phosphates，IP）是一类单磷酸或多磷酸化的肌醇，具备多种细胞功能，在细胞生长，凋亡、迁移、内吞和分化中发挥关键作用。常见的IP分子有IP、IP2、IP3、IP4、IP5、IP6。IP6（inositolhexakisphosphate，肌醇六磷酸，也称植酸），发现于1903年，是植物组织主要的磷贮存形式，在麸皮和种子中含量较高。IP6分解可产生IP5、IP4、IP3等不同形式。在哺乳动物中，IP6分布广泛，是含量最丰富的一类磷酸肌醇，依细胞类型和发育阶段不同，其浓度在10-40 μM不等【2】。人体中的IP6通常无法从食物获取，须由肌醇和磷酸分子合成。IP6的一项重要生物学功能是参与DNA修复，在非同源末端连接过程中作为辅助因子【3】。此外，还有报道称其参与mRNA由细胞核向胞质的转运【4】，在抗癌（预防和治疗）中也能起作用。
具体到HIV-1，早先研究表明Gag蛋白的组装过程分成两个阶段：初期，由Gag上一段14个氨基酸的间隔多肽1（spacerpeptide 1，SP1）及其后紧邻的七肽区折叠成六螺旋束（six-helix bundle）样结构，促使Gag蛋白聚集成六聚体并进一步装配成非成熟状态的六角形栅格（hexagonal lattice）结构；而当Gag被酶切启动成熟过程后，非成熟栅格解聚，释放出衣壳结构域（capsid，CA）重装配成成熟状态的圆锥样衣壳。
六螺旋束的折叠和酶切正是整个组装和成熟过程的限速步骤【5】，而六螺旋束也已成为HIV-1抑制剂的重要靶点【6】。2016年，Owen Pornillos组在eLife杂志上报道了非成熟状态Gag蛋白CA-SP1复合物的晶体结构【7】；同一天，德国莱布尼茨研究所John A. G. Briggs教授组在Science杂志上发表了使用断层成像（Tomography）重构的非成熟状态Gag组装结构【8】。两个月前，北京大学生物医学工程系的陈匡时教授组在PNAS上发表了题为Roles of Gag-RNA interactions in HIV-1 virusassemblydecipheredby single-molecule localization microscopy的研究论文，利用光敏荧光显微技术研究了HIV-1组装的动态过程，发现Gag组装的全程都是病毒vRNA依赖的【9】。
IP6促进HIV-1的组装也非新鲜事，已有研究称其与Gag蛋白的MA和NC结构域存在相互作用【10】，本文就是为了回答IP6如何影响Gag组装。研究者首先构建了包含有CA到NC结构域的一段Gag蛋白（s-CANC）（图1）。为防止发生自成熟，还将N端多向前额外截取了一个丝氨酸，以干扰成熟组装所需β-发卡结构的形成。依照前人研究，该构建通常只能在偏酸性（pH 6）条件下形成成熟的病毒样颗粒（VLP），但他们通过负染电镜照片观察发现，在偏酸性（pH 6）和偏碱性（pH 8）条件下都出现了成熟的VLP（图1）。但当IP6存在时，可以显著地诱导球形非成熟状态VLP的形成，且在偏碱性时效果更显著。于是作者推测，IP6具有强制组装非成熟VLP的能力。
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