摘要：查爾斯·m·賴斯(Charles M. Rice)實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)確定了可能導(dǎo)致新的治療靶點(diǎn)的關(guān)鍵病毒機(jī)制。
乙型肝炎病毒（HBV）微小、危險、易傳播，長期影響著約 2.96 億人，每年導(dǎo)致約 100 萬人死亡。這種隱秘的病毒會侵入肝臟，并在肝硬化或癌癥發(fā)生之前基本上沒有癥狀。
大多數(shù)治療方法試圖抑制病毒的聚合酶(pol)蛋白。但這些治療是終身性的，無法根治?，F(xiàn)在，來自洛克菲勒大學(xué)Charles M. Rice實(shí)驗(yàn)室的研究人員揭示了前所未見的機(jī)制，這可能會帶來治療 HBV 的新方法。他們在《細(xì)胞》（Cell）雜志上發(fā)表了這一研究成果。
圖1 乙型肝炎病毒的深度突變掃描揭示順式優(yōu)先逆轉(zhuǎn)錄機(jī)制
“目前的抑制劑可以減輕感染，但不能根除它，基礎(chǔ)科學(xué)可以提供新的見解，并帶來不同的策略。這就是為什么我們重新開始學(xué)習(xí)更多關(guān)于這種病毒的知識?！比R斯大學(xué)病毒學(xué)和傳染病實(shí)驗(yàn)室的研究助理教授Bill Schneider說，他是該論文的資深作者?！?/div>
一種不尋常的生物
乙肝病毒基因組是經(jīng)濟(jì)性的杰作，因此異常保守。它的一半以上基因組包含重疊的閱讀框，即核苷酸編碼不止一種蛋白質(zhì)的區(qū)域。由于其中一個閱讀框內(nèi)的單個突變可能導(dǎo)致另一個閱讀框的變化，因此病毒必須嚴(yán)格控制這些錯綜復(fù)雜的連接區(qū)域，以防止?jié)撛诘臑?zāi)難性影響。
然而HBV顯然有足夠的靈活性來適應(yīng)新的環(huán)境和宿主。Schneider說:“這是一種在人體中非常成功的病毒，它的近親感染了各種鳥類和哺乳動物?！?/div>
人們對 HBV 如何在基因的剛性和靈活性之間取得微妙的平衡一直知之甚少，因?yàn)檫@些重疊的閱讀框很難區(qū)分開來。它們的集體作用掩蓋了單個蛋白質(zhì)的機(jī)制。
研究人員一直關(guān)注pol蛋白，它在HBV復(fù)制中起著至關(guān)重要的作用。作為一種多用途分子，它的重要性從它的大小可以看出：它比其他病毒蛋白質(zhì)大得多，包裹著HBV三分之二的環(huán)狀基因組，與其他三種蛋白質(zhì)共享一個重疊的閱讀框。
為了更好地了解它的動態(tài)成分，Rice的團(tuán)隊(duì)采用了他們?nèi)ツ觊_發(fā)的一種新方法，將RNA傳遞到培養(yǎng)的細(xì)胞中，以產(chǎn)生病毒DNA、蛋白質(zhì)和其他產(chǎn)品。這種方法使他們能夠解開或分離重疊閱讀框中蛋白質(zhì)的功能，并獲得更清晰的pol視圖。
“想象一下，兩張透明的紙上堆疊著不同的文字。如果你能移開其中一張紙，就會更容易閱讀，這就是RNA傳遞系統(tǒng)允許我們做的事情?！盨chneider說。
接下來，他們使用了深度突變掃描，這是一種高通量的方法，可以揭示成千上萬種蛋白質(zhì)變異的機(jī)制和行為。這使他們能夠測試pol蛋白中幾乎所有可能的變異，并觀察它對每種變化的反應(yīng)。
停滯的核糖體
他們的第一個意外發(fā)現(xiàn)是，Pol蛋白的末端對脯氨酸的嚴(yán)格要求。眾所周知，這些分子會減慢核糖體的速度，核糖體是一種分子機(jī)器，通過沿著信使RNA分子的長度移動并將代碼翻譯成氨基酸鏈來制造蛋白質(zhì)。連續(xù)的多個脯氨酸可以阻止核糖體的活動。當(dāng)核糖體停在代碼的特定位置時，它會暫時阻止翻譯。
果然，他們發(fā)現(xiàn)制造pol蛋白的核糖體在最后一刻停止了，將蛋白質(zhì)綁在核糖體上，就像氣球綁在孩子的手上一樣。
“它就是不肯放手，”Schneider說。
他們認(rèn)為，這種延遲停滯可能會給蛋白質(zhì)適當(dāng)折疊的時間來完成它的工作，更重要的是，增加了它與正確的RNA(編碼它的rna)結(jié)合的機(jī)會。只有這樣蛋白質(zhì)才會被釋放出來。
瞄準(zhǔn)新目標(biāo)
人們早就知道，pol蛋白更傾向于逆轉(zhuǎn)錄其起源的RNA(稱為順式偏好)，而不是尋找另一個RNA來復(fù)制，但它是如何實(shí)現(xiàn)的——通過核糖體停滯，直到現(xiàn)在還不清楚。
這個過程可能是pol蛋白只繁殖經(jīng)過驗(yàn)證的RNA的一種方式——如果它被破壞了，就不要復(fù)制它。也可能是為了效率。
他說:“合成的pol蛋白并不多，所以病毒想要確保一旦合成了一個pol蛋白，它就能發(fā)揮作用。通過捆綁機(jī)制產(chǎn)生的順式偏好可能有助于確保蛋白質(zhì)不僅僅在細(xì)胞中漂浮尋找其同源RNA。這是一個更有效的過程?！?/div>
圖1 乙型肝炎病毒的深度突變掃描揭示順式優(yōu)先逆轉(zhuǎn)錄機(jī)制
在下一階段的研究中，他們將探索如何操縱pol的順性偏好?！耙坏┠懔私饬艘环N機(jī)制，你就有能力擾亂它，并找出后果”。
一種想法是通過突變觸發(fā)暫停的脯氨酸來防止核糖體停滯。Schneider說:“這可能會抑制病毒，并可能使病毒更難以產(chǎn)生耐藥性?！?/div>
參考資料
[1] Deep mutational scanning of hepatitis B virus reveals a mechanism for cis-preferential reverse transcription
摘要：查爾斯·m·賴斯(Charles M. Rice)實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)確定了可能導(dǎo)致新的治療靶點(diǎn)的關(guān)鍵病毒機(jī)制。
乙型肝炎病毒（HBV）微小、危險、易傳播，長期影響著約 2.96 億人，每年導(dǎo)致約 100 萬人死亡。這種隱秘的病毒會侵入肝臟，并在肝硬化或癌癥發(fā)生之前基本上沒有癥狀。
大多數(shù)治療方法試圖抑制病毒的聚合酶(pol)蛋白。但這些治療是終身性的，無法根治?，F(xiàn)在，來自洛克菲勒大學(xué)Charles M. Rice實(shí)驗(yàn)室的研究人員揭示了前所未見的機(jī)制，這可能會帶來治療 HBV 的新方法。他們在《細(xì)胞》（Cell）雜志上發(fā)表了這一研究成果。
圖1 乙型肝炎病毒的深度突變掃描揭示順式優(yōu)先逆轉(zhuǎn)錄機(jī)制
“目前的抑制劑可以減輕感染，但不能根除它，基礎(chǔ)科學(xué)可以提供新的見解，并帶來不同的策略。這就是為什么我們重新開始學(xué)習(xí)更多關(guān)于這種病毒的知識。”萊斯大學(xué)病毒學(xué)和傳染病實(shí)驗(yàn)室的研究助理教授Bill Schneider說，他是該論文的資深作者。“
一種不尋常的生物
乙肝病毒基因組是經(jīng)濟(jì)性的杰作，因此異常保守。它的一半以上基因組包含重疊的閱讀框，即核苷酸編碼不止一種蛋白質(zhì)的區(qū)域。由于其中一個閱讀框內(nèi)的單個突變可能導(dǎo)致另一個閱讀框的變化，因此病毒必須嚴(yán)格控制這些錯綜復(fù)雜的連接區(qū)域，以防止?jié)撛诘臑?zāi)難性影響。
然而HBV顯然有足夠的靈活性來適應(yīng)新的環(huán)境和宿主。Schneider說:“這是一種在人體中非常成功的病毒，它的近親感染了各種鳥類和哺乳動物?！?/div>
人們對 HBV 如何在基因的剛性和靈活性之間取得微妙的平衡一直知之甚少，因?yàn)檫@些重疊的閱讀框很難區(qū)分開來。它們的集體作用掩蓋了單個蛋白質(zhì)的機(jī)制。
研究人員一直關(guān)注pol蛋白，它在HBV復(fù)制中起著至關(guān)重要的作用。作為一種多用途分子，它的重要性從它的大小可以看出：它比其他病毒蛋白質(zhì)大得多，包裹著HBV三分之二的環(huán)狀基因組，與其他三種蛋白質(zhì)共享一個重疊的閱讀框。
為了更好地了解它的動態(tài)成分，Rice的團(tuán)隊(duì)采用了他們?nèi)ツ觊_發(fā)的一種新方法，將RNA傳遞到培養(yǎng)的細(xì)胞中，以產(chǎn)生病毒DNA、蛋白質(zhì)和其他產(chǎn)品。這種方法使他們能夠解開或分離重疊閱讀框中蛋白質(zhì)的功能，并獲得更清晰的pol視圖。
“想象一下，兩張透明的紙上堆疊著不同的文字。如果你能移開其中一張紙，就會更容易閱讀，這就是RNA傳遞系統(tǒng)允許我們做的事情?！盨chneider說。
接下來，他們使用了深度突變掃描，這是一種高通量的方法，可以揭示成千上萬種蛋白質(zhì)變異的機(jī)制和行為。這使他們能夠測試pol蛋白中幾乎所有可能的變異，并觀察它對每種變化的反應(yīng)。
停滯的核糖體
他們的第一個意外發(fā)現(xiàn)是，Pol蛋白的末端對脯氨酸的嚴(yán)格要求。眾所周知，這些分子會減慢核糖體的速度，核糖體是一種分子機(jī)器，通過沿著信使RNA分子的長度移動并將代碼翻譯成氨基酸鏈來制造蛋白質(zhì)。連續(xù)的多個脯氨酸可以阻止核糖體的活動。當(dāng)核糖體停在代碼的特定位置時，它會暫時阻止翻譯。
果然，他們發(fā)現(xiàn)制造pol蛋白的核糖體在最后一刻停止了，將蛋白質(zhì)綁在核糖體上，就像氣球綁在孩子的手上一樣。
“它就是不肯放手，”Schneider說。
他們認(rèn)為，這種延遲停滯可能會給蛋白質(zhì)適當(dāng)折疊的時間來完成它的工作，更重要的是，增加了它與正確的RNA(編碼它的rna)結(jié)合的機(jī)會。只有這樣蛋白質(zhì)才會被釋放出來。
瞄準(zhǔn)新目標(biāo)
人們早就知道，pol蛋白更傾向于逆轉(zhuǎn)錄其起源的RNA(稱為順式偏好)，而不是尋找另一個RNA來復(fù)制，但它是如何實(shí)現(xiàn)的——通過核糖體停滯，直到現(xiàn)在還不清楚。
這個過程可能是pol蛋白只繁殖經(jīng)過驗(yàn)證的RNA的一種方式——如果它被破壞了，就不要復(fù)制它。也可能是為了效率。
他說:“合成的pol蛋白并不多，所以病毒想要確保一旦合成了一個pol蛋白，它就能發(fā)揮作用。通過捆綁機(jī)制產(chǎn)生的順式偏好可能有助于確保蛋白質(zhì)不僅僅在細(xì)胞中漂浮尋找其同源RNA。這是一個更有效的過程。”
在下一階段的研究中，他們將探索如何操縱pol的順性偏好。“一旦你了解了一種機(jī)制，你就有能力擾亂它，并找出后果”。
一種想法是通過突變觸發(fā)暫停的脯氨酸來防止核糖體停滯。Schneider說:“這可能會抑制病毒，并可能使病毒更難以產(chǎn)生耐藥性。”
參考資料
[1] Deep mutational scanning of hepatitis B virus reveals a mechanism for cis-preferential reverse transcription
