摘要：查爾斯·m·賴斯(Charles M. Rice)實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)確定了可能導(dǎo)致新的治療靶點(diǎn)的關(guān)鍵病毒機(jī)制。
乙型肝炎病毒（HBV）微小、危險(xiǎn)、易傳播，長(zhǎng)期影響著約 2.96 億人，每年導(dǎo)致約 100 萬(wàn)人死亡。這種隱秘的病毒會(huì)侵入肝臟，并在肝硬化或癌癥發(fā)生之前基本上沒(méi)有癥狀。
大多數(shù)治療方法試圖抑制病毒的聚合酶(pol)蛋白。但這些治療是終身性的，無(wú)法根治。現(xiàn)在，來(lái)自洛克菲勒大學(xué)Charles M. Rice實(shí)驗(yàn)室的研究人員揭示了前所未見(jiàn)的機(jī)制，這可能會(huì)帶來(lái)治療 HBV 的新方法。他們?cè)凇都?xì)胞》（Cell）雜志上發(fā)表了這一研究成果。
圖1 乙型肝炎病毒的深度突變掃描揭示順式優(yōu)先逆轉(zhuǎn)錄機(jī)制
“目前的抑制劑可以減輕感染，但不能根除它，基礎(chǔ)科學(xué)可以提供新的見(jiàn)解，并帶來(lái)不同的策略。這就是為什么我們重新開始學(xué)習(xí)更多關(guān)于這種病毒的知識(shí)。”萊斯大學(xué)病毒學(xué)和傳染病實(shí)驗(yàn)室的研究助理教授Bill Schneider說(shuō)，他是該論文的資深作者。“
一種不尋常的生物
乙肝病毒基因組是經(jīng)濟(jì)性的杰作，因此異常保守。它的一半以上基因組包含重疊的閱讀框，即核苷酸編碼不止一種蛋白質(zhì)的區(qū)域。由于其中一個(gè)閱讀框內(nèi)的單個(gè)突變可能導(dǎo)致另一個(gè)閱讀框的變化，因此病毒必須嚴(yán)格控制這些錯(cuò)綜復(fù)雜的連接區(qū)域，以防止?jié)撛诘臑?zāi)難性影響。
然而HBV顯然有足夠的靈活性來(lái)適應(yīng)新的環(huán)境和宿主。Schneider說(shuō):“這是一種在人體中非常成功的病毒，它的近親感染了各種鳥類和哺乳動(dòng)物。”
人們對(duì) HBV 如何在基因的剛性和靈活性之間取得微妙的平衡一直知之甚少，因?yàn)檫@些重疊的閱讀框很難區(qū)分開來(lái)。它們的集體作用掩蓋了單個(gè)蛋白質(zhì)的機(jī)制。
研究人員一直關(guān)注pol蛋白，它在HBV復(fù)制中起著至關(guān)重要的作用。作為一種多用途分子，它的重要性從它的大小可以看出：它比其他病毒蛋白質(zhì)大得多，包裹著HBV三分之二的環(huán)狀基因組，與其他三種蛋白質(zhì)共享一個(gè)重疊的閱讀框。
為了更好地了解它的動(dòng)態(tài)成分，Rice的團(tuán)隊(duì)采用了他們?nèi)ツ觊_發(fā)的一種新方法，將RNA傳遞到培養(yǎng)的細(xì)胞中，以產(chǎn)生病毒DNA、蛋白質(zhì)和其他產(chǎn)品。這種方法使他們能夠解開或分離重疊閱讀框中蛋白質(zhì)的功能，并獲得更清晰的pol視圖。
“想象一下，兩張透明的紙上堆疊著不同的文字。如果你能移開其中一張紙，就會(huì)更容易閱讀，這就是RNA傳遞系統(tǒng)允許我們做的事情。”Schneider說(shuō)。
接下來(lái)，他們使用了深度突變掃描，這是一種高通量的方法，可以揭示成千上萬(wàn)種蛋白質(zhì)變異的機(jī)制和行為。這使他們能夠測(cè)試pol蛋白中幾乎所有可能的變異，并觀察它對(duì)每種變化的反應(yīng)。
停滯的核糖體
他們的第一個(gè)意外發(fā)現(xiàn)是，Pol蛋白的末端對(duì)脯氨酸的嚴(yán)格要求。眾所周知，這些分子會(huì)減慢核糖體的速度，核糖體是一種分子機(jī)器，通過(guò)沿著信使RNA分子的長(zhǎng)度移動(dòng)并將代碼翻譯成氨基酸鏈來(lái)制造蛋白質(zhì)。連續(xù)的多個(gè)脯氨酸可以阻止核糖體的活動(dòng)。當(dāng)核糖體停在代碼的特定位置時(shí)，它會(huì)暫時(shí)阻止翻譯。
果然，他們發(fā)現(xiàn)制造pol蛋白的核糖體在最后一刻停止了，將蛋白質(zhì)綁在核糖體上，就像氣球綁在孩子的手上一樣。
“它就是不肯放手，”Schneider說(shuō)。
他們認(rèn)為，這種延遲停滯可能會(huì)給蛋白質(zhì)適當(dāng)折疊的時(shí)間來(lái)完成它的工作，更重要的是，增加了它與正確的RNA(編碼它的rna)結(jié)合的機(jī)會(huì)。只有這樣蛋白質(zhì)才會(huì)被釋放出來(lái)。
瞄準(zhǔn)新目標(biāo)
人們?cè)缇椭溃琾ol蛋白更傾向于逆轉(zhuǎn)錄其起源的RNA(稱為順式偏好)，而不是尋找另一個(gè)RNA來(lái)復(fù)制，但它是如何實(shí)現(xiàn)的——通過(guò)核糖體停滯，直到現(xiàn)在還不清楚。
這個(gè)過(guò)程可能是pol蛋白只繁殖經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的RNA的一種方式——如果它被破壞了，就不要復(fù)制它。也可能是為了效率。
他說(shuō):“合成的pol蛋白并不多，所以病毒想要確保一旦合成了一個(gè)pol蛋白，它就能發(fā)揮作用。通過(guò)捆綁機(jī)制產(chǎn)生的順式偏好可能有助于確保蛋白質(zhì)不僅僅在細(xì)胞中漂浮尋找其同源RNA。這是一個(gè)更有效的過(guò)程。”
在下一階段的研究中，他們將探索如何操縱pol的順性偏好。“一旦你了解了一種機(jī)制，你就有能力擾亂它，并找出后果”。
一種想法是通過(guò)突變觸發(fā)暫停的脯氨酸來(lái)防止核糖體停滯。Schneider說(shuō):“這可能會(huì)抑制病毒，并可能使病毒更難以產(chǎn)生耐藥性。”
參考資料
[1] Deep mutational scanning of hepatitis B virus reveals a mechanism for cis-preferential reverse transcription
摘要：查爾斯·m·賴斯(Charles M. Rice)實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)確定了可能導(dǎo)致新的治療靶點(diǎn)的關(guān)鍵病毒機(jī)制。
乙型肝炎病毒（HBV）微小、危險(xiǎn)、易傳播，長(zhǎng)期影響著約 2.96 億人，每年導(dǎo)致約 100 萬(wàn)人死亡。這種隱秘的病毒會(huì)侵入肝臟，并在肝硬化或癌癥發(fā)生之前基本上沒(méi)有癥狀。
大多數(shù)治療方法試圖抑制病毒的聚合酶(pol)蛋白。但這些治療是終身性的，無(wú)法根治。現(xiàn)在，來(lái)自洛克菲勒大學(xué)Charles M. Rice實(shí)驗(yàn)室的研究人員揭示了前所未見(jiàn)的機(jī)制，這可能會(huì)帶來(lái)治療 HBV 的新方法。他們?cè)凇都?xì)胞》（Cell）雜志上發(fā)表了這一研究成果。
圖1 乙型肝炎病毒的深度突變掃描揭示順式優(yōu)先逆轉(zhuǎn)錄機(jī)制
“目前的抑制劑可以減輕感染，但不能根除它，基礎(chǔ)科學(xué)可以提供新的見(jiàn)解，并帶來(lái)不同的策略。這就是為什么我們重新開始學(xué)習(xí)更多關(guān)于這種病毒的知識(shí)。”萊斯大學(xué)病毒學(xué)和傳染病實(shí)驗(yàn)室的研究助理教授Bill Schneider說(shuō)，他是該論文的資深作者。“
一種不尋常的生物
乙肝病毒基因組是經(jīng)濟(jì)性的杰作，因此異常保守。它的一半以上基因組包含重疊的閱讀框，即核苷酸編碼不止一種蛋白質(zhì)的區(qū)域。由于其中一個(gè)閱讀框內(nèi)的單個(gè)突變可能導(dǎo)致另一個(gè)閱讀框的變化，因此病毒必須嚴(yán)格控制這些錯(cuò)綜復(fù)雜的連接區(qū)域，以防止?jié)撛诘臑?zāi)難性影響。
然而HBV顯然有足夠的靈活性來(lái)適應(yīng)新的環(huán)境和宿主。Schneider說(shuō):“這是一種在人體中非常成功的病毒，它的近親感染了各種鳥類和哺乳動(dòng)物。”
人們對(duì) HBV 如何在基因的剛性和靈活性之間取得微妙的平衡一直知之甚少，因?yàn)檫@些重疊的閱讀框很難區(qū)分開來(lái)。它們的集體作用掩蓋了單個(gè)蛋白質(zhì)的機(jī)制。
研究人員一直關(guān)注pol蛋白，它在HBV復(fù)制中起著至關(guān)重要的作用。作為一種多用途分子，它的重要性從它的大小可以看出：它比其他病毒蛋白質(zhì)大得多，包裹著HBV三分之二的環(huán)狀基因組，與其他三種蛋白質(zhì)共享一個(gè)重疊的閱讀框。
為了更好地了解它的動(dòng)態(tài)成分，Rice的團(tuán)隊(duì)采用了他們?nèi)ツ觊_發(fā)的一種新方法，將RNA傳遞到培養(yǎng)的細(xì)胞中，以產(chǎn)生病毒DNA、蛋白質(zhì)和其他產(chǎn)品。這種方法使他們能夠解開或分離重疊閱讀框中蛋白質(zhì)的功能，并獲得更清晰的pol視圖。
“想象一下，兩張透明的紙上堆疊著不同的文字。如果你能移開其中一張紙，就會(huì)更容易閱讀，這就是RNA傳遞系統(tǒng)允許我們做的事情。”Schneider說(shuō)。
接下來(lái)，他們使用了深度突變掃描，這是一種高通量的方法，可以揭示成千上萬(wàn)種蛋白質(zhì)變異的機(jī)制和行為。這使他們能夠測(cè)試pol蛋白中幾乎所有可能的變異，并觀察它對(duì)每種變化的反應(yīng)。
停滯的核糖體
他們的第一個(gè)意外發(fā)現(xiàn)是，Pol蛋白的末端對(duì)脯氨酸的嚴(yán)格要求。眾所周知，這些分子會(huì)減慢核糖體的速度，核糖體是一種分子機(jī)器，通過(guò)沿著信使RNA分子的長(zhǎng)度移動(dòng)并將代碼翻譯成氨基酸鏈來(lái)制造蛋白質(zhì)。連續(xù)的多個(gè)脯氨酸可以阻止核糖體的活動(dòng)。當(dāng)核糖體停在代碼的特定位置時(shí)，它會(huì)暫時(shí)阻止翻譯。
果然，他們發(fā)現(xiàn)制造pol蛋白的核糖體在最后一刻停止了，將蛋白質(zhì)綁在核糖體上，就像氣球綁在孩子的手上一樣。
“它就是不肯放手，”Schneider說(shuō)。
他們認(rèn)為，這種延遲停滯可能會(huì)給蛋白質(zhì)適當(dāng)折疊的時(shí)間來(lái)完成它的工作，更重要的是，增加了它與正確的RNA(編碼它的rna)結(jié)合的機(jī)會(huì)。只有這樣蛋白質(zhì)才會(huì)被釋放出來(lái)。
瞄準(zhǔn)新目標(biāo)
人們?cè)缇椭溃琾ol蛋白更傾向于逆轉(zhuǎn)錄其起源的RNA(稱為順式偏好)，而不是尋找另一個(gè)RNA來(lái)復(fù)制，但它是如何實(shí)現(xiàn)的——通過(guò)核糖體停滯，直到現(xiàn)在還不清楚。
這個(gè)過(guò)程可能是pol蛋白只繁殖經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的RNA的一種方式——如果它被破壞了，就不要復(fù)制它。也可能是為了效率。
他說(shuō):“合成的pol蛋白并不多，所以病毒想要確保一旦合成了一個(gè)pol蛋白，它就能發(fā)揮作用。通過(guò)捆綁機(jī)制產(chǎn)生的順式偏好可能有助于確保蛋白質(zhì)不僅僅在細(xì)胞中漂浮尋找其同源RNA。這是一個(gè)更有效的過(guò)程。”
在下一階段的研究中，他們將探索如何操縱pol的順性偏好。“一旦你了解了一種機(jī)制，你就有能力擾亂它，并找出后果”。
一種想法是通過(guò)突變觸發(fā)暫停的脯氨酸來(lái)防止核糖體停滯。Schneider說(shuō):“這可能會(huì)抑制病毒，并可能使病毒更難以產(chǎn)生耐藥性。”
參考資料
[1] Deep mutational scanning of hepatitis B virus reveals a mechanism for cis-preferential reverse transcription
