医学院向烨研究组发文揭示复杂有尾病毒组装成熟分子机制
清华新闻网6月12日电 日前，清华大学医学院向烨研究组在《自然·通讯》（Nature Communications）期刊在线发表题为“有尾噬菌体φ29组装成熟机制结构生物学研究”（Structural assembly of the tailed bacteriophage φ29）的研究论文。文章采用结构生物学手段来揭示噬菌体φ29在组装成熟过程中如何感知并终止病毒基因组DNA转运包装，以及感染过程中病毒是如何释放其基因组DNA等一系列过程的分子机制。
噬菌体φ29是目前研究较为广泛的有尾非包膜病毒之一。它通过其非收缩性短尾结构侵染并将病毒基因组DNA注入宿主枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）中。在病毒感染后期，病毒结构蛋白首先组装形成一个空的前体衣壳头部（prohead）。随后位于病毒前体衣壳头部一端的头尾连接蛋白（connector）附近组装形成DNA包装分子马达，其能利用水解ATP所得的能量将病毒基因组DNA包装进空的前体衣壳中。在整个病毒基因组DNA的包装完成后，病毒终止DNA包装，抛弃DNA包装分子马达，随即尾部相关蛋白相继组装形成成熟的病毒颗粒。在这一过程中，病毒是如何感知基因组DNA包装的进度并通过什么机制来终止该过程，目前还不是很清楚。
噬菌体φ29前体衣壳、成熟病毒颗粒以及DNA释放后空病毒颗粒三种不同状态结构示意图
本研究主要通过冷冻电镜单颗粒三维重构方法解析得到噬菌体φ29病毒三种不同状态的高分辨结构，即前体衣壳、成熟病毒颗粒以及DNA释放后的空病毒颗粒。通过比较前体衣壳和成熟病毒颗粒结构，发现φ29能够利用其基因组DNA包装过程中在衣壳中紧密堆积的DNA所产生的压力以及DNA末端特殊的环状结构（toroid structure）来精细地控制整个包装过程。在二者相互作用下，头尾连接蛋白在转运后期发生空间和构象上的变化，进而导致分子转运马达结构的脱落而终止了DNA转运过程。另外，比较φ29病毒颗粒在DNA释放前后病毒尾部结构的变化，发现gene protein 11（gp11）结构的变化可能破坏原先其内腔与病毒DNA相互作用的稳态，从而引发病毒DNA的释放。综合一系列结果从结构生物学层面上阐明了噬菌体φ29组装和感染相关的详细分子机制。
此项工作由医学院向烨实验组独立完成。向烨博士为论文通讯作者，已毕业的2013级博士生许靖蔚为第一作者，2014级博士生王点红和桂淼博士参与了该项工作。该研究得到科技部重大研发计划（2016YFA0501100）、国家自然科学基金（21827810,31861143027和31470721）和北京清华大学结构生物学高精尖创新中心的大力支持。同时项目也得到上海同步辐射设施及国家蛋白质科学研究（北京）设施清华基地在数据收集上的大力支持。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10272-3
供稿：医学院
编辑：李华山
审核：周襄楠
2019年06月12日 09:34:19 清华新闻网
