噬菌體IKe屬于絲狀噬菌體家族成員（Inoviridae），成熟病毒顆粒為無包膜纖維絲狀結(jié)構(gòu)。絲狀噬菌體病毒纖維直徑約為65～70 ？，長度在800～2000 nm左右。該類病毒的DNA是由大小在5000～8000堿基左右的單鏈環(huán)狀DNA組成，其能夠編碼與病毒復(fù)制、成熟組裝過程相關(guān)的10個病毒蛋白。病毒環(huán)狀DNA在成熟病毒纖維中是由主要衣殼蛋白（major coated protein，protein 8，p8）螺旋排列所形成的衣殼所包裹，而參與宿主表面受體結(jié)合以及病毒釋放過程的相關(guān)蛋白位于絲狀纖維的兩極。目前對于該類噬菌體結(jié)構(gòu)以及其內(nèi)部環(huán)狀DNA的具體形態(tài)還沒有相關(guān)高分辨結(jié)構(gòu)報道。
通過采用冷凍電鏡三維重構(gòu)方法，向燁實驗組成功解析高分辨噬菌體IKe螺旋病毒衣殼結(jié)構(gòu)。組成該病毒衣殼的主要衣殼蛋白p8以單根α螺旋的形式螺旋排列形成病毒衣殼。位于同一高度的5根主要衣殼蛋白共同構(gòu)成了該病毒的衣殼蛋白層，相鄰衣殼層之間通過相應(yīng)螺旋參數(shù)（twist為38.52o，rise為16.77 ？）排列堆積形成病毒衣殼。解析得到的主要衣殼蛋白p8根據(jù)結(jié)構(gòu)可以劃分成兩個部分：靠近N端的螺旋HN、靠近C端的螺旋Hc。其中HN部分的4個親水性氨基酸均暴露于病毒衣殼外側(cè)，該部分疏水性氨基酸則與周圍其他p8單體蛋白結(jié)構(gòu)相互作用。其中p8蛋白單體上的Trp29能夠與鄰近p8蛋白單體上的Tyr9通過π-π共軛方式相互作用，極大穩(wěn)定了病毒的衣殼結(jié)構(gòu)。而HC部分C末端被完全包埋在病毒衣殼內(nèi)腔。該部分 4個帶正電的氨基酸殘基都暴露于病毒衣殼內(nèi)腔表面，使得整個衣殼內(nèi)腔均帶正電，進(jìn)而介導(dǎo)了與內(nèi)部單鏈環(huán)狀DNA的相互作用。另外，本次研究通過計算發(fā)現(xiàn)噬菌體內(nèi)部環(huán)狀DNA與外部病毒衣殼之間存在固定空間取向關(guān)系。采用非對稱重構(gòu)解析發(fā)現(xiàn)該環(huán)狀DNA是以左手螺旋方式存在于病毒衣殼內(nèi)部，病毒主要衣殼蛋白末端帶正電氨基酸Arg43和Lys51對于穩(wěn)定該DNA特殊結(jié)構(gòu)可能起到至關(guān)重要的作用。
此項工作由向燁實驗組和以色列特拉維夫大學(xué)Amir Goldbourt實驗組合作完成。向燁博士和Amir Goldbourt博士為本論文共同通訊作者，已畢業(yè)2013級博士生許靖蔚博士為第一作者，Amir Goldbourt組Nir Dayan參與本次實驗研究。該研究得到我國973項目（2015CB910102）、中國國家自然科學(xué)基金（31861143027和31470721）、中國國家科技部（Grant 2016YFA0501100）、中國-以色列科研基金（Grant 2423/18）、中組部青年千人計劃，感染性疾病診治協(xié)同創(chuàng)新中心和北京華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心的大力支持的共同資助。
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