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病毒与分子伴侣

病毒与分子伴侣

摘要:分子伴侣与病毒生命活动密切相关,从病毒复制的起始、转录的进行、翻译的完成到病毒粒子的装配成熟,甚至病毒在宿主体内的转运都有分子伴侣的参与。随着病毒与分子伴侣相互关系研究的深入,产生了抗病毒的又一可能途径。

关键词:病毒;分子伴侣;抗病毒

分子伴侣是一类能改变目标蛋白折叠、聚合等特性而自身最终不参与目标蛋白结构组成的一类分子,广泛存在于真核、原核生物中,目前已有所研究的分子伴侣包括Hsp28家族、Hsp40(DnaJ)家族、Hsp60(GroEL)、Hsp70(DnaK)家族、Hsp90(HtpG、Grp)家族、Hsp100(CIP家族等。早期的研究显示,大多数分子伴侣是组成型表达的,并受到胁迫的正调节。但目前确认的在非胁迫条件下完成细胞活动所需的分子伴侣的数量正在不断增加,这些细胞活动蛋白折叠/松弛、寡聚物组装/分解、蛋白降解、蛋白解聚集、囊泡沿微管的运输等。分子伴侣在蛋白跨膜运输、信息传递通路、微管形成与修复、蛋白复性、逆境适应等许多方面起重要用途,随着研究的深入,人们发现,分子伴侣在不同病毒的生活周期中也扮演着重要的角色,如病毒DNA的复制、基因表达的调节、病毒粒子的装配等活动。许多真核、原核寄主的病毒直接应用宿主的分子伴侣装置编码伴侣分子或编码一些功能蛋白征集伴侣分子完成很多病毒生命相关过程。

1.病毒DNA的复制

DnaK及其辅伴侣分子DnaJ是a噬菌体DNA复制所必需的。Zylic:等t21用一定的体外研究系统得到一个模型,该模型中,由人噬菌体和大肠杆菌编码的蛋白组成了一个多组分的复制前起始复合体,该复合体在DnaJ的辅助下,排列在入噬菌体DNA的复制起始区。接着DnaK与该复合体协作,水解ATP,松弛多蛋白复合体,蜗牛酶B发挥作用使DNA解旋,从而使复制得以进行。

伴侣分子也可辅助促进乳头多瘤空泡病毒(pa-povavirus,是一类小的DNA致瘤病毒)的复制。Liu等[J]证明,E1(乳头瘤病毒复制起始蛋白中的蜗牛酶)结合到复制起始位点是由细胞内的Hsc70伴侣分子和Hsp40所激发的将卜述这些伴侣分子与无细胞体系的乳头瘤病毒(papillomavirus)复制系统孵育,也提高了整个系统的复制效率。因而,特定的原核/真核病毒依赖Hsc70/DnaJ-like伴侣分子完成其病毒DNA 复制前起始复合物的组装和解聚。

2.病毒的转录

SV40如同其他小DNA的致瘤病毒一样,依赖宿主执行其诸如DNA复制等许多功能。SV40在猿猴肾的非分化细胞中向性分布。因而,它涉及使细胞进入细胞周期,产生其复制所需要的酶。S V40完成这一目的途径之一是通过SV40的大T抗原介导松弛转录抑制复合体paB-E2F。当转录因子EzF被pRpan或相关蛋白p130或p107)结合时,前者被后者阻遏而使转录无法进行[s]。自由的E2F(未被Pan

结合)能反式激活许多进入细胞周期S期所需要的基因,从而启动转录[f7]。除其pats结合域外,T抗原也是衰减pats对EzF的阻遏作用而使细胞转型所必须的[[3]。因而,一个模型认为,伴侣分子的J功能域与Hsp 70的功能域结合,通过改变复合体中pRB或其他一些成员的构象而释放E2F上的pRB[8[。细胞中表达J功能域突变体不能使pRB-E2F复合体解离,而这对野生型的T抗原是轻而易举的事网。另外,生化实验显示,E2F从结合在T抗原的pRB或相关蛋白的释放受到llsp70介导的ATP水解作用的促进。此外,T抗原调节SV40晚期基因的转录及一些pol Ill的启动子{ia]。所有这些活动都受到J 功能域突变体的抑制,从上述实验证据看出Hsc70或同系蛋白)是这些活动所必须的。但其机制目前尚不清楚。

传染性软疵(molluscum contagiosum)是人类中流行的一种DNA痘病毒,可引起皮肤局部病变。它的基因组编码MC013L,MC013L与DINIJ具有高度同源性,提示其具有DnaJ-like蛋白的功能。Chen等!“]利用体外结合和报告试验,发现MC013L与糖皮质激素(Glulocorticoicl)和维生素D的报告基因相互作用而负调控它们的转录活动。这可能阻止角质形成细胞的分化,营造一个细胞环境有利于病毒的复制行为。

3.病毒的翻译

除了基因表达的转录调节功能外,还有一些病毒利用伴侣分子来调节翻译。如

流感病毒(influenza virus的侵染导致一种细胞J蛋白一P J81PK与包括Hsc'7。和Hsp40在内的多蛋白复合体相互作用负调控PKR(R.NA 激活的蛋白激酶)[]“],PKR是许多不同病毒的共同靶分子,因为PKR 对双链RNA(一种病毒侵染常见的副产品)反应而阻止翻译的进行。通过利用伴侣分子复合体,流感病毒阻止PKR而使侵染必须的蛋白得以翻译[1s1。这样,通过转录和翻译调节,很多病毒利用伴侣分子调节基因表达和促进它们的复制。

4.病毒粒子的装配

Hsc70可能协助人类免疫缺陷病毒(humanimmiiodeficiency virus, HIV)粒子的组装或进入,因为已发现Hsc70包被于HIV-I病毒粒子中。另外,最近的研究发现,一种寄主细胞蛋白HP68在HIV-I的转译后病毒粒子的包装中起重要作用,HP68最初是因其RNase L阻遏活性而被发现的。通过显性失活、排除重组以及电镜观察,显示HP68在HIV-1病毒粒子的装配成熟过程中担当了一个分子伴侣的角色。HP68选择性地结合形成完整并具侵染力的病毒粒子所至关重要的三种病毒蛋白(Gag , Gag-Pol和Vif),协助它们完成转译后病毒粒子的装配成熟。

几种不同的噬菌体需要宿主编码分子伴侣GroEL和其辅伴侣分子GroES,从而组装完整病毒。T4噬菌体和pRB49能编码它们自己的GroES同系物(分别为Gp31和CocO),虽然这些蛋白在氨基酸水平上与GroES仅具微弱的同源性(Gp31仅14%的同源性),结构和功

能的研究显示,Gp31及COCO是GroEL的辅伴侣分子,无论Gp31还是CocO都能代替GroES促进几噬菌体的生长和某些蛋白折叠功能[i51。但这些病毒如何能编码其自身的GroES同系物仍不清楚。一种可能性是它们组成一个特殊的“巨大”孔穴,当与GroEL结合后,允许病毒外壳蛋白Gp23包装成熟,而在由GroES/GroEL复合体组成的小些的孔穴中不能完成。

6病毒的转运和传播

民线形病毒(closteroviruses)是已知唯一编码Hsc7。同系物的病毒,该病毒可造成一些植物严重的病害。它们是正义、单链RNA病毒,具有长杆、线形态。它们的病毒粒体由数种蛋白包裹。甜菜黄化病毒(beet yellow virus, BY V)、柑橘速衰病毒(citrus tristeza virus, C TV)是其典型成员,它们可编码Hsp70h(p65),后者是一种HSC70-like伴侣分子蛋白。Hsp70h具有与Hsc70 ATP酶功能域相似的氨基酸序列,但在多变的C端则相似性较小。体外实验显示,Hsp70h具有Hsc70相似的功能,如ATP酶活性及微管结合活性等。异源互补试验显示,Hsp70h的表达对BYV病毒的有效传播是很重要的f17]。更进一步的研究表明,ATP酶功能域缺陷的Hsp 70h突变体完全丧失了胞间运输功育旨。

离芭侵染性黄化病毒(lettuce infectious yellowvirus)亦可编码Hsp701i,后者与成熟病毒粒子相关,显示出这种蛋白在病毒粒子装配中的作用。对CTV的研究发现,Hsp 7 0h或ATP酶功能域的突变

体仅能产生小的形态不完全的病毒粒子,从而不能完成胞间运动[[is]。因为Hsp701i并非是成熟粒子的主要成分,所以,Hsp70h可能是伴侣分子样蛋白,帮助完成两种病毒外壳蛋白的正确组装。伴侣分子还在病毒的有效传播中起作用,蚜虫体内初生共生菌的Buchnera GroEL参与传毒过程,该伴侣分子与进入血_淋巴的病毒结合,从而阻碍了蛋白酶降解病毒,维持病毒在蚜虫体内的持久传播。

7.问题和展望

关于分子伴侣与病毒之间的相互作用,尚有很多问题没有研究清楚,如病毒为何以及怎样利用细胞中的分子伴侣机制?许多真核、原核宿主病毒利用宿主的伴侣分子机器,有些病毒能直接编码伴侣分子(如SV40 T抗原)或编码一些功能蛋白,以及募集伴侣分子(如噬菌体的P蛋白)。病毒广泛利用伴侣分子显示出一个有趣的可能性,即有些病毒在进化选择压力下为保持它们的基因组足够小,可能利用伴侣分子帮助完成复杂的功能。就SV40来说,这一策略可使一个小的基因组(小于5kb),通过编码小的多功能蛋白完成病毒扩张所必须的所有功能通过多功能蛋白利用它们的伴侣分子功能域,解聚蛋白复合体,调节转录,使细胞转型,影响病毒DNA的复制、转录以及病毒粒子的装配等。

如上所述,分子伴倡与病毒生命活动密切相关。因此,对病毒、伴侣分子相互关系的深入研究可能提供动、植物抗病毒的又一可能途径,在病毒性疾病的治疗上具有广阔的应用前景。