タンパク質の構造はウイルスがどのように細胞を乗っ取るのかを解明する

タンパク質の構造はウイルスがどのように細胞を乗っ取るのかを解明する

ソーク研究所と共同研究者らは、ウイルスが宿主DNAと相互作用する際のウイルス間の重要な分子的違いを明らかにした

LA JOLLA — 最先端の画像技術を使用して、ソーク研究所と ハーバード·メディカル·スクール 研究者らは、ウイルスをウイルスに類似させるタンパク質複合体の構造を決定した。 ヒト免疫不全ウイルス (HIV) 宿主内に永続的な感染を確立します。

これまでの仮定に反して、新たに詳細なウイルスタンパク質複合体構造は、このタイプの分子構造がレトロウイルス間で異なることを示している。 この情報は、レトロウイルスがどのようにゲノム情報をヒト細胞に挿入するかを明らかにするのに役立ち、HIVなどの病気の治療だけでなく、遺伝子変異を持つ患者に新しいDNAを送達する遺伝子治療法の改善にも影響を与える可能性がある。

「レトロウイルスがどのように統合されるかの詳細は、これまで考えられていたよりもはるかに異なっており、完全に異なる感染パターンにつながります」とドミトリー・リュムキス博士は言う。 ソークフェロー で出版された新しい論文の共同上級著者 自然 2月18、2016に。

レトロウイルスは、その遺伝情報を宿主自身のゲノムに挿入し、本質的に宿主の細胞をウイルス製造工場に変えます。 よく知られているレトロウイルス HIV の場合、これらのウイルス遺伝子は人間の免疫細胞に組み込まれ、最終的に免疫細胞を殺します。 ウイルスの DNA がヒトゲノムのどこに挿入されるかを決定するのは、タンパク質の複合体構造に関する知識の欠如が一因であり、長年の謎であった。

インタソームと呼ばれるタンパク質複合体は、ウイルス DNA をヒト DNA に不可逆的に挿入する役割を果たします。これは、レトロウイルスが病気を引き起こすための重要なステップです。 HIV のインタソーム自体は研究が難しいため、インタソームについて知られているもののほとんどは、プロトタイプ フォーミー ウイルス (PFV) と呼ばれる別のレトロウイルスの研究に基づいています。 HIV インタソームに関する検体関連の課題を踏まえ、リュムキス氏とエンゲルマン氏は、フランシス・クリック研究所の同僚ピーター・チェレパノフ氏とともに、マウス乳腺腫瘍ウイルス（MMTV）のインタソームの構造を特定することに着手した。 PFV よりも HIV と密接に関連しています。

「MMTV インタソーム構造は、レトロウイルス DNA 統合の構造的基盤について、予想外の新しいパラダイムを定義します」と、共上級著者でダナ ファーバー癌研究所およびハーバード大学医学部の医学教授であるアラン エンゲルマンは述べています。

MMTV の分子構造を決定するために、チームはクライオ電子顕微鏡法 (cryoEM) と呼ばれる新進気鋭の技術を使用しました。このアプローチには、従来のイメージング技術に比べていくつかの利点があります。 たとえば、研究者は、X線結晶構造解析のより一般的な技術で必要とされる、タンパク質を画像化するためにタンパク質を結晶形に誘導する必要がありません。 cryoEM では、タンパク質は溶液中で直接凍結されます。 次に、電子ビームが凍結サンプルからどのように偏向されるかを測定することで、科学者はタンパク質の構造を決定できます。

Lyumkis 氏は、この最先端技術を使用して、ウイルス DNA 鎖に結合した MMTV インタソームの構造 (宿主細胞に侵入した際の構造の様子) を詳細に解明しました。 研究チームは、PFV複合体がXNUMX本のウイルスDNA鎖に結合したインテグラーゼと呼ばれるXNUMXつのタンパク質成分で構成されているのに対し、MMTV集合体はXNUMX本のウイルスDNAあたりXNUMX個のインテグラーゼ分子を持っていることを発見した。

この重要な構造の違いは、複合体がウイルス DNA をゲノムに挿入する準備ができたときに、宿主 DNA と異なる相互作用をすることを意味すると Lyumkis 氏は言います。 PFV は宿主ゲノム内の高度に曲がったスポットを好みますが、MMTV はまっすぐな DNA を選択します。 HIV に対する嗜好性は依然として謎に包まれていますが、今回の新たな観察は、HIV や他のレトロウイルスに関する過去および将来のデータを解釈するための予期せぬ分子枠組みを提供します。

Lyumkis氏とEngelman氏のチームは現在、ウイルスDNAの結合から宿主DNAの捕捉、そしてウイルスDNAの宿主ゲノムへの挿入の触媒に至るまで、MMTVインタソーム複合体がウイルス組み込みの段階で経験する一連の出来事を理解するために取り組んでいる。 Lyumkis 氏はまた、cryoEM 技術を応用して HIV インタソーム分子複合体自体を研究することも計画しています。 「技術インフラが整備されているので、cryoEM を使用して、このような扱いが難しく挙動の悪い標本に取り組むことができると思います」と Lyumkis 氏は付け加えます。

この研究の他の研究者は、アリソン・バランドラス・コーラス氏とタマリア・G・デュードニー氏でした。 ダナファーバーがん研究所 そしてハーバード大学医学部。 ソーク研究所のモニカ・ブラウン氏。 ニコラ・J・クックとピーター・チェレパノフ フランシスクリック研究所; そしてボリーズ・デメラー テキサス大学健康科学センター.

この研究と関与した研究者は、 国立衛生研究所 レオナM.とハリーB.ヘルムズリー慈善信託 National Science Foundation そしてサンアントニオがん研究所。