中大新聞網(wǎng)訊（通訊員張勤奮）桿狀病毒（Baculovirus）是一種雙鏈 DNA 病毒，在自然界中廣泛存在。因其可以感染昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)，所以可被應(yīng)用于有害昆蟲(chóng)的防控，并已有商業(yè)化產(chǎn)品。桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)也被廣泛用于外源基因表達(dá)，具有蛋白產(chǎn)量高，可容納的外源基因片段長(zhǎng)，可展示需要翻譯后修飾的蛋白等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，桿狀病毒可以用于蛋白展示，充當(dāng)基因載體用于基因治療。盡管人們對(duì)桿狀病毒開(kāi)展了廣泛的研究和應(yīng)用，但桿狀病毒的具體衣殼結(jié)構(gòu)以及絕大多數(shù)桿狀病毒蛋白的結(jié)構(gòu)都暫未得到解析。

近日，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張勤奮課題組在 Nature Communications 發(fā)表了題為“Architecture of the baculovirus nucleocapsid revealed by cryo-EM”的研究論文。展示了由 VP39 蛋白組成的 AcMNPV 螺旋柱體的 3.2? 分辨率結(jié)構(gòu)，以及由100 多個(gè)蛋白組成的病毒頭部和基部的 4.3? 分辨率結(jié)構(gòu)。

桿狀病毒AcMNPV的整體結(jié)構(gòu)

圖a展示了一個(gè)桿狀病毒AcMNPV病毒顆粒在冷凍電鏡下的形象。圖b,c,d分別展示桿狀病毒AcMNPV的頭部，螺旋柱體和尾部的三維結(jié)構(gòu)。

病毒整體呈現(xiàn)長(zhǎng)桿狀，大部分為螺旋的柱體整體結(jié)構(gòu)。兩個(gè)成局部 C2 對(duì)稱(chēng)的主要病毒衣殼蛋白（major viral capsid protein）VP39 組成螺旋最基本的非對(duì)稱(chēng)單元。螺旋為右手螺旋，上升間距Δz = 44.1 ?，扭轉(zhuǎn)角度ΔΦ = 18.5°，共有 14 條螺旋線(xiàn)，同時(shí)也具有 C14 的點(diǎn)群對(duì)稱(chēng)性。螺旋柱體的外徑約為 500?，內(nèi)徑約為 420?。VP39 之間豐富的二硫鍵、氫鍵、鹽橋和疏水相互作用都被解析和闡釋。

桿狀病毒AcMNPV尾部的原子模型

圖a,b從不同角度展示了桿狀病毒AcMNPV尾部整體的原子模型。圖c展示了尾部的一個(gè)最小組成單元。圖d和e詳細(xì)展示了蛋白與蛋白之間的具體相互作用。

病毒的頭部和尾部由明顯的三部分組成：外層、內(nèi)層和中心區(qū)域。頭部和尾部的外層形態(tài)相同，都覆蓋在 VP39 柱體外，由AC104、AC142和AC109三種蛋白組成；頭部和尾部的內(nèi)層與外層共同夾住螺旋柱體末端的 VP39，內(nèi)層都具有AC101和AC144兩種蛋白，尾部額外具有AC98蛋白。在底部的中心區(qū)域有一個(gè)“塞子”結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步對(duì)稱(chēng)性釋放和三維分類(lèi)，可解析得“塞子”部分的結(jié)構(gòu)具有 C7 對(duì)稱(chēng)性，由AC101和AC144蛋白組成。而在頂部的中心區(qū)域，明顯存在一個(gè)“帽子”狀結(jié)構(gòu)，向遠(yuǎn)離病毒中心的方向突出，與噬菌體等Portal結(jié)構(gòu)類(lèi)似。

文章第一單位為中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院和水產(chǎn)動(dòng)物疫病防控與健康養(yǎng)殖全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，生命科學(xué)學(xué)院博士研究生（現(xiàn)生物電子顯微成像平臺(tái)實(shí)驗(yàn)師）賈旭東和博士研究生（南方科技大學(xué)冷凍電鏡中心工程師）高遠(yuǎn)矚為共同第一作者，張勤奮副教授和得克薩斯大學(xué)健康科學(xué)中心Matthew L. Baker為共同通訊作者。生命科學(xué)學(xué)院楊凱教授團(tuán)隊(duì)為研究提供了大量的支持和幫助，本科生黃宇軒、孫琳鈞、李鍶鐸和電鏡平臺(tái)工作人員參與了本研究。本研究受到廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43284-1