关于 HIV-1 如何组装和整合 Env 蛋白的新见解

导致艾滋病的HIV-1的组装发生在受感染细胞的内质膜小片上，这是一个几何构建过程，在Gag的N端基质域的引导下，从病毒Gag蛋白的三聚体中产生六聚体。

然而，四十年来一直缺乏这种病毒组装的某些细节。在一项发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究中，Jamil Saad博士及其同事首次提供了基质晶格的原子视图，以2.1埃的分辨率显示了分子细节，这一步骤推进了对病毒组装和病毒包膜蛋白整合的关键机制的理解。

阿拉巴马大学伯明翰分校微生物学教授Saad说："我们的发现可能有助于开发新的治疗药物，以抑制HIV-1的组装、包膜的结合和最终病毒的产生。"

Gag蛋白经过翻译后修饰，其中加入了一个类似脂质的肉豆蔻酸基团，以帮助Gag与质膜结合。Gag的肉豆蔻化基质结构域，或称myrMA，是如何组装成晶格的，直到现在还没有人发现。

低分子分辨率的技术--如低温电子衍射和低温电子断层扫描--表明myrMA蛋白组织为三聚体，然后这些三聚体经历高阶组织，形成三聚体的六聚体。Saad的研究与最近的一项研究一致，该研究表明myrMA蛋白经历了巨大的结构变化，以便在未成熟和成熟的病毒颗粒中形成不同的六聚体格子。病毒成熟是病毒复制周期的最后一步，因为在组装好的病毒内形成了外壳核心，产生了感染性颗粒。

HIV-1的包膜蛋白，或称Env，是一种跨膜蛋白，通过细胞的分泌途径输送到质膜上。包膜蛋白的大部分延伸到膜外，但有一条尾巴穿过膜挂到细胞内部。遗传和生化研究表明，病毒Env蛋白纳入病毒颗粒还取决于myrMA结构域和Env的细胞质尾部之间的相互作用。2017年，Saad的实验室解决了Env的细胞质尾部的高分辨率结构，该结构是 HIV-1最后一个未知的蛋白质结构 .

Env是一种关键的感染性蛋白。当一个成熟的HIV-1病毒接近一个目标细胞时，Env附着在未被感染的细胞外部的蛋白质上，然后Env蛋白像捕鼠器一样扣住，将病毒膜与细胞膜融合。

在Saad和UAB同事描述的结构中，myrMA的肉豆蔻酸在稳定晶格结构方面起着关键作用，因此形成myrMA晶体的能力很重要。他们通过从132个氨基酸的myrMA末端去除20个氨基酸来实现这一难以捉摸的技术挑战。众所周知，在质膜上形成Gag晶格对于未成熟的HIV-1的组装和Env的整合是必须的。

Saad及其同事报告说，他们的myrMA晶格被排列成一个具有中心孔的六聚体，被认为是为了容纳Env的C端尾巴以促进其融入病毒。他们的myrMA晶体使他们能够观察晶格中附着的myr基团。他们发现，myrMA的一个亚单位的myr基团插入到亚单位的疏水腔中，穿过二倍轴，引入了一个 "myristoyl交换"，他们还报告了三聚体之间的其他分子相互作用。研究人员描述了有助于稳定三聚体格子的六聚体的其他分子细节。

通过进行诱变研究和核磁共振技术，研究人员提供了证据，证明基质中的一个氨基酸替换--亮氨酸-13或亮氨酸-31替换为谷氨酸--诱发了myrMA的构象变化，可能会破坏晶格内三聚体-三聚体的相互作用。以前的遗传学研究表明，Leucine-13或Leucine-31的替换对Env的结合有不利影响。

这项研究的另一个重要发现是证明了Gag的交替膜结合机制，已知它是由myrMA结构域与磷脂酰肌醇4,5-二磷酸，或PI(4,5)P2的相互作用介导的，后者是一种专门定位在质膜内叶的脂质。UAB的研究人员表明，PI（4,5）P2能够与MA上的其他部位结合。这与在未成熟颗粒的组装和成熟过程中，MA-膜与PI（4,5）P2交替结合的新机制是一致的。

"Saad说："总之，我们为HIV-1 myrMA晶格提供了一个原子视图，揭示了关于myrMA亚单位、三聚体、三聚体-三聚体界面、myr交换、MA突变对myrMA结构的影响以及由此形成的晶格的缺陷的宝贵结构见解。"我们的数据还支持在病毒组装和成熟过程中交替出现的MA-PI（4,5）P2结合机制。这些发现填补了我们对Gag在质膜上的组装和Env纳入病毒颗粒的机制的一个主要空白"。

与Saad "HIV-1基质晶格的原子视图。对病毒组装和包膜结合的影响"的合著作者是UAB微生物学系的Alexandra B. Samal和Marnix E. Heersink 医学院的Todd J. Green。