巨型变形虫感染病毒依赖于DNA包装蛋白

对于一些巨型病毒，DNA 包装技巧可能对传染性至关重要。被称为马赛病毒科的变形虫感染病毒将它们的 DNA 缠绕在蛋白质周围，就像松散地缠绕在线轴上的线一样。Howard Hughes 医学研究所研究员 Karolin Luger 及其同事于 2021 年 7 月 22 日在Cell杂志上报告说，这种包装安排可能有助于马赛病毒科劫持变形虫的细胞机器进行自我复制。

科罗拉多大学博尔德分校的结构生物学家和生物化学家 Luger 说，这一发现表明这些 DNA 包裹的蛋白质(称为组蛋白)在病毒的生命周期中发挥了令人惊讶的新作用。连同最近发表在《自然结构与分子生物学》上的一篇论文，这项新工作扩展了具有这种 DNA 包装结构或核小体的生物体的集合。

伦敦帝国理工学院生物学家托拜厄斯·沃内克 (Tobias Warnecke) 没有参与这项研究，他说：“正如最令人兴奋的科学往往做的那样，这篇论文为提出比打算回答的问题更多的问题打开了大门。”

人类、蘑菇、猫和植物都属于一个叫做真核生物的群体，这些生物的细胞核被膜包围。几十年来，科学家们已经知道真核细胞将 DNA 链包裹在八种组蛋白周围以形成核小体。普遍的观点是，这种组织是真核生物所独有的。但是最近的一些发现挑战了这个想法。

例如，科学家们已经在称为古细菌的微生物中鉴定了组蛋白。Luger 的团队以及其他人已经证明，这些生物可以像真核生物一样弯曲组蛋白周围的 DNA。研究人员还在马赛病毒科巨型病毒中发现了组蛋白——这种病毒的大小是流感病毒的两倍多。

Luger 的团队想要发现为什么一些巨型病毒(有时称为“giruses”)需要它们自己的组蛋白。该团队包括科罗拉多大学博尔德分校和法国艾克斯马赛大学的研究人员，他们对马赛病毒科的成员墨尔本病毒进行了体外实验，以发现有关组蛋白功能的线索。研究人员还从一种巨型病毒中删除了组蛋白基因，然后测试它是否仍然可以感染细胞。

Luger 和她的同事发现，组蛋白成对聚集在一起，形成不稳定的核小体样颗粒。这些摇摆不定的颗粒具有独特的结构和行为特性，可帮助病毒感染其目标。与大多数侵入细胞核进行复制的病毒不同，巨型病毒停留在宿主的细胞质中，即细胞核外的水区。“这真的很奇怪，”卢格说。“细胞核中有很多 DNA，那么为什么这些组蛋白不去那里组织宿主 DNA 呢?”

在受感染的变形虫细胞质内的“病毒工厂”中，巨型病毒将它们的 DNA 打包成束。研究小组发现，这些束比真核核小体更不稳定，更不紧凑。这种松散的包装可以使病毒基因组易于访问，让宿主蛋白质复制病毒复制所需的基因。研究小组发现，如果没有组蛋白，病毒就无法组织其 DNA，也无法成功感染变形虫。

关于病毒组蛋白的许多问题仍然存在。例如，研究人员不知道为什么它们成对融合，或者为什么病毒首先具有核小体。Luger 指出，其他病毒可以在没有 DNA 结构的情况下成功复制。

美国国家癌症研究所的生物化学家 Yamini Dalal 和 Daniël Melters 说，巨型病毒如何获得组蛋白基因并加以利用“是核小体进化过程中那些令人着迷的‘神秘人物’之一”。他们补充说，Luger 团队的新论文扩大了跨越生命王国的核小体结构的庞大目录。“这项工作明确表明，这些病毒组蛋白可以组装成非常类似于它们的真核对应物的核小体。”

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