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病毒衣壳装配和核酸包装机制的研究

摘要：病毒是目前所知最简单的生命单位，只有核酸和蛋白质组成。病毒衣壳装配和核酸包装机制的研究对病毒复制、病毒病防治和阐明生命活动的基本规律具有重要意义。分子病毒学的研究成果促进了病毒衣壳装配和核酸包装机制的研究，近几年有关病毒装配和核酸的包装机制研究取得了较大的进展。

病毒包装酶是由病毒基因编码，分为大小两个亚基，大亚基可特异结合病毒衣壳顶角处的孔道蛋白、金属离子及ATP。小亚基可特异识别与结合病毒核酸及ATP。包装酶都具有保守的ATP结合框架，因而具有ATP酶活性。在DNA包装过程中，每包装两个碱基对则需消耗一个ATP。依据包装酶对DNA切割的特异性不同又可分为三种类型：第一类为特异的首末次切割，因而病毒衣壳中核酸具有相同的长度，如SV40、T3、T7噬菌体。第二类为在病毒DNA特定区域发生非序列特压敏垫片异性切割，如T1、P2、P22、SPP噬菌体，病毒衣壳中核酸长度有轻微差异。第三类为完全非特异性切割，如T-ev超细干粉到达量值溯源的目的en, 因而衣壳中的核酸是随机的［11］。最近研究发现噬菌体Φ29包装机制与其它噬菌体又有不同：在其DNA包装过程中还需一病毒DNA5′端编码的一小段RNA被称为包装RNA(pRNA)。pRNA5′和3′端在DNA包装过程中发挥关键作用［12］。pRNA一端可结合于P22孔道蛋白上，另一端则以短暂互补方式结合于病毒基因组5′端。病毒核酸进入衣壳的方式有以下几种学说：包装酶与孔道蛋白形成渗透压泵模型、可转动螺纹模型、捕捉臂模型、搬手模型等。病毒DNA进入衣壳后其体积将是包装前的1/30～1%。

病毒基因组包装的信号序列

病毒核酸包装是一个复杂的过程，是蛋白质与蛋白质及蛋白质与核酸之间的复杂作用引起的。病毒结构蛋白或病毒包装酶识别病毒核酸，并从细胞大量DNA中特异选择包装病毒DNA，其机制目前尚不十分清楚。但大量研究表明在病毒基因组上游调节区或编码包装酶的基因中有一核酸包装信号序列桑拿房，称为包装序列(Pac序列)。某些病毒pac序列包括包装酶特异识别与切割两个部分。包装序列可与包装酶或衣壳结构蛋白发生特异识别。目前研究较为深入的有噬菌体、腺病毒、疱疹病毒、SV40等。噬菌体pac包装序列包括三部分，cosN、cosQ、cosB。包装酶gpA、gpNUI可在串联体上cosN位点处特异切割形成粘末端，cosN为包装酶特异切割位点，cosB为包装酶特异识别结合点位，cosQ为基因组包装完成以后末端切割位点。只有包装酶在N1和N2两点切割形成12个碱基末端方可被特异包装。其它切割形式因不稳定而降解［13］。腺病毒包装信号序列位于反向重复序列ITR与EIA之间的230～380核苷酸内，有一系列AT重复序列组成，至少需3个AT重复序列参与DNA包装。SV40的包装信号序列为位于SV40 DNA复制起始位点ori附近的六个GC盒组成的ses结构。GC盒数目、位置及与ori距离都可影响SV40包装效率。SV40衣壳还可选择性包装SV40 ses结构携带的外源基因，并将外源基因导入8个专业售后工程师SV40敏感的靶细胞核内［14］。HBV病毒复制具有逆转录病毒特性，HBV转录的前基因组Pg R喷枪NA被HBV衣壳蛋白选择包装主要是由Pg RNA近5′端一段顺式元件介导的，称为E元件。E元件决定Pg RNA被特异选择包装。HBV衣壳蛋白可特异包装E元件所携带的一大段外源基因。由于pac元件由大量重复序列组成且包含很多顺式反应元件，那么pac元件所形成的二级结构及其相应的反式作用因子对病毒核酸包装的影响目前尚不清楚。病毒装配机制的研究对病毒性疾病的防治具有重要意义。由于病毒衣壳可特异包装pac元件所携带外源基因，电子万能实验机广泛利用于厂矿企业、质量监督、航空航天、机械制造、电线电缆、橡胶塑料、纺织、建工建材、家电等行业的材料检验分析人们可借助病毒的组织亲嗜性，用衣壳蛋白将目的基因特异包装并运送到特异靶细胞，可为人类基因治疗提供理想的载体。由于病毒结构蛋白亚基上有病毒装配的非关键区域，可将外源表位上插入此处，而不影响病毒颗粒装配，人们可借助此开发携带多种外源基因的嵌合病毒样颗粒疫苗。

作者：卞继峰于修平

转载自：中华实验和临床病毒学杂志