分子病毒學-第l六章-病毒裝配成熟釋放

1、.Molecular Virology 分子病毒學分子病毒學.目錄目錄第一章第一章 概論概論第二章第二章 病毒的形態(tài)結構病毒的形態(tài)結構第三章第三章 病毒吸附宿主及內化過程病毒吸附宿主及內化過程第四章第四章 病毒的基因組復制病毒的基因組復制第五章第五章 病毒基因的表達病毒基因的表達第六章第六章 病毒裝配和釋放病毒裝配和釋放第七章第七章 病毒感染與機體抗病毒免疫病毒感染與機體抗病毒免疫第八章第八章 病毒感染的病理與治療病毒感染的病理與治療. Basic process of viral assemble and release2-capsid formation3-genome packaged

2、into capsid4-acqure envelope1- structural unit formation6-maturation5-release.病毒的組裝病毒的組裝Assembly 裝配：在宿主內，合成一個完整的病毒粒子需要的各個組分按照一定一定方式進行組裝形成一個新的病毒粒子的過程；2. 裝配過程中，結構蛋白首先形成一個結構單元（structural unit）；然后多個結構單元再組裝成不成熟的前衣殼，經過一定修飾，形成成熟的衣殼。3. 裝配位置因病毒不同而異，主要取決于病毒在胞內復制位點和釋放機制:胞質中裝配：picornaviruses, poxviruses & r

3、eoviruses 核中裝配：adenoviruses, polyomaviruses & parvoviruses it胞膜位置裝配：HIV.病毒的自組裝和輔助組裝病毒的自組裝和輔助組裝Self-Assembly and Assisted AssemblyVP1 pentamers in SV401-1-有的病毒蛋白一級結構序列含有足夠的自組裝信息。有的病毒蛋白一級結構序列含有足夠的自組裝信息。比如，比如，VP1VP1在在 E-coliE-coli表達表達, , 分離出來的分離出來的VP1 VP1 就是五聚體，在體外就可組成類就是五聚體，在體外就可組成類- -衣殼的結構衣殼的結構2-

4、盡管對病毒結構蛋而言，自組裝是基本機制，但還需要病毒盡管對病毒結構蛋而言，自組裝是基本機制，但還需要病毒的或細胞的其他組分參與組裝，起輔助作用。的或細胞的其他組分參與組裝，起輔助作用。.參與病毒組裝的輔助成分參與病毒組裝的輔助成分 病毒成分：病毒成分： - 基因組基因組 RNA （ 作為裝配時的支架（scaffold）- ssRNA viruses and Retrovirus assembly). 或與結構蛋白互作）-. 細胞成分 - 胞膜胞膜 結構蛋白與細胞膜發(fā)生關聯(lián)（association ），對某些蛋白衣殼裝配是必需的.- Cellular and Viral proteins參與病毒

5、組裝的輔助成分參與病毒組裝的輔助成分.- Cellular and Viral proteins參與病毒組裝的細胞輔助成分參與病毒組裝的細胞輔助成分分子伴侶.- Cellular and Viral proteins參與病毒組裝的病毒輔助成分參與病毒組裝的病毒輔助成分分子伴侶支架蛋白.病毒支架蛋白病毒支架蛋白Scaffolding Protein 是病毒裝配必須成分 支架蛋白：參與核衣殼或衣殼的裝配，但后來又被移除，所以這類蛋白稱為支架蛋白。舉例 -VP22a , HSV-1 - L1 52/55-kDa, Adenovirus.Herpes virus. 1 1 結構單元（結構單元（stru

6、ctural unit)structural unit)的組裝的組裝- -機制機制-由單一蛋白（individual proteins）-或長肽多聚蛋白（polyprotein）組裝- 由細胞或病毒的分子伴侶（Viral Chaperone or Cellular Chaperone）協(xié)助 第一步第一步 蛋白衣殼的裝配蛋白衣殼的裝配.SV40病毒衣殼五病毒衣殼五聚體的組裝聚體的組裝 -來自單個蛋白來自單個蛋白表達組裝.腺病毒腺病毒II型型衣殼五聚體的組衣殼五聚體的組裝裝 -來自單個蛋白來自單個蛋白.脊髓灰質炎病脊髓灰質炎病毒衣殼結構單毒衣殼結構單元組裝元組裝-來自于長肽寡聚蛋白來自于長肽寡聚蛋

7、白-.腺病毒腺病毒II型型衣殼六聚體的組衣殼六聚體的組裝裝 -分子伴侶輔助分子伴侶輔助. 第二步：形成衣殼或核衣殼第二步：形成衣殼或核衣殼.Bacteriophage T4 鞘機基盤的組裝頭部組裝尾絲組裝.Bacteriophage T4 progressively more complex structures are formed in a stepwise mechanism 對許多病毒而言，衣殼結構中間體很難分離或.包裝（包裝（packaging）: 把基因組裝進裝配好的或正在裝配中的粒子中要求：基因組上要有特定的識別位點(Packaging Signals),以區(qū)別與宿主核酸成分第三

8、步：包裝基因組和其它病毒成分第三步：包裝基因組和其它病毒成分. - sequence at the 5 end of Retrovirus is the major packaging signal.反轉錄病毒反轉錄病毒RNA基因組上的包裝信號基因組上的包裝信號.螺旋對稱桿狀衣殼的裝配螺旋對稱桿狀衣殼的裝配 （helical capsids）以以TMV為例為例： 衣殼的裝配圍繞基因組進行衣殼的裝配圍繞基因組進行1. 衣殼蛋白首先形成一個盤狀結構衣殼蛋白首先形成一個盤狀結構,由由17個亞單位個亞單位（ subunits，capsomers，衣殼粒）組成，衣殼粒）組成2. 合成好的基因組合成好的基

9、因組RNA被捕獲到盤狀結構的中心，掛在盤子被捕獲到盤狀結構的中心，掛在盤子的的“內壁內壁”上（基因組內部的一個位點與內壁結合）；上（基因組內部的一個位點與內壁結合）； 以盤狀結構為中心，向兩個方向延伸，堆積結構單元，延以盤狀結構為中心，向兩個方向延伸，堆積結構單元，延長桿狀結構長桿狀結構 延長過程中，延長過程中，RNA基因組從上下兩個方向分別不斷被拉基因組從上下兩個方向分別不斷被拉伸進入螺旋結構的內壁伸進入螺旋結構的內壁.53盤狀結構（起始結構）合成好的基因組RNA上下衣殼向兩個方向延伸基因組的兩端也貼著衣殼內壁，向兩個方向延伸，嵌合在衣殼內壁中特定序列.TMV assembly.二十面體球狀

10、衣殼和基因組的組裝二十面體球狀衣殼和基因組的組裝外殼先裝配，基因組再插入外殼先裝配，基因組再插入 結構單元（結構單元（ capsomer subunits）圍繞著支架蛋白）圍繞著支架蛋白（ scaffolding protein）進行初級組裝成前衣殼）進行初級組裝成前衣殼（ procapsid） 支架蛋白被從衣殼中移除（再利用），形成一個中空衣殼。支架蛋白被從衣殼中移除（再利用），形成一個中空衣殼。1 基因組塞入中空衣殼基因組塞入中空衣殼 。這個過程需要能量和衣殼一定的。這個過程需要能量和衣殼一定的構象的變化。構象的變化。某些病毒蛋白（核酸酶活性）可以識別基因組的包裝信號序列，并與之結合形成復

11、合體；再與空衣殼的門戶蛋白發(fā)生相互作用，把基因組拉伸進入衣殼；當一倍長度的基因組拉伸進入衣殼時，在復合體中核酸酶切割下其余部分；門戶蛋白被帽蛋白取代，核衣殼組裝完畢. Fig.p72前衣殼到變成成熟的衣殼需要一定病毒編碼的蛋白水解酶（成熟蛋白酶）的參與，前衣殼到變成成熟的衣殼需要一定病毒編碼的蛋白水解酶（成熟蛋白酶）的參與，將一些前衣殼中的蛋白進行酶切，會導致衣殼結構發(fā)生微小的改變或穩(wěn)定性發(fā)生微將一些前衣殼中的蛋白進行酶切，會導致衣殼結構發(fā)生微小的改變或穩(wěn)定性發(fā)生微弱改變，這個過程中伴隨著基因組的進入。弱改變，這個過程中伴隨著基因組的進入。支架蛋白門戶蛋白.單純皰疹病毒單純皰疹病毒DNADNA

12、基因組的包裝基因組的包裝長獨特區(qū)短獨特區(qū)重復序列中含有包裝信號序列（ pac1, pac2 ）,重復序列在基因組上由多個拷貝（短獨特區(qū)US只有一個拷貝）單純皰疹病毒基因組復制是形成多拷貝的基因組頭尾相連的多連體DNA基因組包裝信號（ pac1, pac2 ）位于基因組末端重復序列中。兩側還有正向重復序列（DR）是切割位點.Step 1-2 是基因組被包裝的過程啟動：先有幾個病毒蛋白（UL15，UL32,UL28，末端酶，或稱包裝蛋白，具有核酸切割活性）結合在基因組上的包裝信號序列位置形成一個復合體，與衣殼上的門戶蛋白portal 發(fā)生相互作用，接下來，基因組的一個正向重復序列處（DR）發(fā)生第一

13、次切割，由復合體中的包裝蛋白切下?；蚪M被拉入衣殼中；Step 3是在多連體基因組上一個全基因組位置被拖至入衣殼中后，由復合體中的包裝蛋白在另一個正向重復序列處（DR）進行第二次切割。Step 4 是由病毒編碼的帽蛋白塞住衣殼出口。單純皰疹病毒單純皰疹病毒DNADNA基因組的包裝基因組的包裝.病毒其它組分（酶或蛋白）進入衣殼病毒其它組分（酶或蛋白）進入衣殼1:有些病毒蛋白本身是結構蛋白，同時參與病毒在宿有些病毒蛋白本身是結構蛋白，同時參與病毒在宿主內的復制過程。主內的復制過程。Some of these proteins are also structural proteins of the

14、virion - 單純皰疹病毒的VP16 protein： a major component of the virion tegument and the activator of transcription of viral immediate-early genes.2:它們包裝進入衣殼需要特定機制：它們包裝進入衣殼需要特定機制：（-）RNA病毒的轉錄酶病毒的轉錄酶RNA-dependent RNA polymerase必須以非共價鍵與基因組或結構蛋白相互作用被包裝進去，進入宿主后才可獨立發(fā)揮作用 (-) strand RNA viruses.1. 有的病毒（如有的病毒（如 皰疹病毒）是

15、在皰疹病毒）是在細胞核中細胞核中進行裝配，所進行裝配，所以它們出核膜時就會獲得一層包膜；以它們出核膜時就會獲得一層包膜； 2. 其它包膜病毒衣殼裝配可以發(fā)生在胞質中，有的如其它包膜病毒衣殼裝配可以發(fā)生在胞質中，有的如HIV發(fā)生在包膜上，所以可以從發(fā)生在包膜上，所以可以從內質網膜或細胞膜內質網膜或細胞膜上獲得包膜上獲得包膜結構結構. 注意：注意：這些脂膜上必須有病毒編碼的糖蛋這些脂膜上必須有病毒編碼的糖蛋白白后期表達蛋白，在高爾基體上后期表達蛋白，在高爾基體上修飾后，隨著液泡系運輸到膜系中修飾后，隨著液泡系運輸到膜系中第四步第四步 獲得包膜獲得包膜.跨膜蛋白是在粗面內質網上合成：當在核糖體上合成

16、出來就插入到內質網中，在內內質網中糖基化。轉移到高爾基體進行進一步修飾和折疊，然后轉運到細胞膜上病毒包膜中的糖蛋白的形成和轉運病毒包膜中的糖蛋白的形成和轉運 .HSV：Herpesviruses在核內包裝冠狀病毒E1在內質網上包裝.機制一: 大多數包膜病毒，包裝和獲得衣殼是在時空上是分開的過程e.g. Influenza virus/VSV第四步第四步 獲得包膜獲得包膜.機制二：反轉錄病毒，裝配和獲得衣殼及出芽在時空上是同時的（coincident）. 第四步第四步 獲得包膜獲得包膜.反轉錄病毒裝配和包膜的獲得及出反轉錄病毒裝配和包膜的獲得及出芽釋放芽釋放衣殼囊膜基因組膜上的跨膜糖蛋白. 除植

17、物病毒要設法突破植物細胞壁的障礙外，其它病毒從宿主中釋放一般采用的機制有：-裂解細胞： (most non-enveloped viruses), 宿主細胞完全破裂，病毒出來（噬菌體）-嗜菌斑 細胞空斑-出芽：出芽：( 獲得相應的囊膜，-運輸泡運輸泡: 病毒在釋放前先進入一個胞外運輸泡（intracellular vesicle ），再通過細胞運輸泡系統(tǒng)運出到胞外。第五步第五步 病毒釋放病毒釋放.空斑形成空斑形成機制一 裂解細胞釋放第五步第五步 病毒釋放病毒釋放.包膜病毒出芽釋放包膜病毒出芽釋放- pull- or push-機制機制第五步第五步 病毒釋放病毒釋放出芽點：病毒糖蛋白插入包膜，產

18、生拖的力量，把包膜拖出一個芽結構內部病毒結構蛋白粘附與出芽點，產生一個推的力量機制二.反轉錄病毒出芽釋放反轉錄病毒出芽釋放衣殼囊膜基因組膜上的跨膜糖蛋白.包膜病毒在內膜系統(tǒng)上出芽包膜病毒在內膜系統(tǒng)上出芽第五步第五步 病毒釋放病毒釋放在核膜，內質網膜上， 高爾基體膜上插入病毒糖蛋白，病毒出芽獲得包膜結構，進入運輸系統(tǒng)（膜泡運輸）優(yōu)點：避開對宿主細胞胞質膜的糖蛋白修飾，減少免疫系統(tǒng)監(jiān)視 內膜沒有細胞骨架附著，出芽更方便 具有獨特的脂成分.第五步第五步 病毒釋放病毒釋放裸病毒裸病毒,SV40機制三：機制三： 病毒進入轉運小泡病毒進入轉運小泡-transport vesicles ，與膜融合釋放，與膜

19、融合釋放出來出來.Release of Enveloped VirusesHSV：Herpesviruses在核內包裝，穿過核膜時的出芽（在核膜上獲得包在核膜上獲得包膜膜），在內質網上和高爾基體形成運輸泡（A)，還可能是從核膜上獲得包膜又被溶解，經過高爾基體時獲得包膜，被運輸泡運出去。.流感病毒釋放時包膜上的神經氨酸酶的作用流感病毒釋放時包膜上的神經氨酸酶的作用神經氨酸酶（NA 蛋白）具有酶的活性，作為唾液酸糖苷酶，清除病毒顆粒表面糖蛋白上及感染細胞表面的唾液酸，防止病毒粒子的聚集，以及有助于病毒粒子的釋放NA與HA（血凝素）是流感病毒亞型分型的重要指標.NA 是一種糖苷外切酶是一種糖苷外切酶

20、 ,可以從糖苷鍵上除可以從糖苷鍵上除去唾液酸殘基去唾液酸殘基流感病毒釋放時，新病毒顆粒移向細胞表面，仍通過血凝素-唾液酸鍵進行結合。唾液酸神經氨酸酶的主要作用是催化裂解存在于唾液酸末端、N-乙酰基神經氨酸及相鄰糖基間的酮苷連接橋，從而促進病毒在呼吸道的傳播 ,因為該鍵的斷裂使病毒從感染的細胞中釋出，并阻止病毒從宿主細胞釋出后的聚集。神經氨酸酶還可通過裂解呼吸道黏膜中的唾液酸 ,滅活呼吸道黏液的黏液素(能抑制血凝素活性) ,使呼吸道黏液的活性減除 ,阻止病毒滅活 ,有助于病毒顆粒移向靶細胞 ,防止游離的病毒顆粒凝集在一起 ,促進病毒滲入呼吸道上皮細胞及其在呼吸系統(tǒng)的擴散。通過這種方式 ,感染在體

21、內擴散。神經氨酸酶對流感病毒致病性也有作用 ,它能改變另一種表面糖蛋白血凝素的糖基部分 ,從而增強一些菌株的毒力。藥物作用靶標藥物作用靶標-尋找尋找NA的抑制劑，的抑制劑，通過阻斷NA ,可使病毒顆粒聚集在一起 ,黏著于細胞表面 ,不能感染其他細胞。由于 NA 的活性可被特異性的抑制物或抗體所抑制 ,從而使 NA 喪失吸附融合復制裝配和出芽等功能 ,因此根據這一特點 ,國內外研究出許多抗流感藥物.第六步第六步 病毒成熟病毒成熟包裝好的病毒顆粒如果沒有感染性，稱為 未成熟的病毒體若變成有感染力的病毒毒體，則需要蛋白水解處理蛋白水解過程涉及到病毒蛋白水解酶的作用.病毒粒子成熟病毒粒子成熟Matur

22、ationMaturation1. 成熟過程常常涉及病毒粒子結構的改變（對前衣殼進行特定位點的切割）或構象的變化.2. 這種變化可以導致衣殼發(fā)生一些可以檢測到的變化：比如成熟前后，抗原性（antigenicity）或核蛋白與基因組的聚集（condensation）性質會發(fā)生變化；3. 病毒成熟過程中主要使用病毒編碼的蛋白酶，有時也需要病毒或宿主的其他組分來參與這個過程.第五章第五章 復習要點復習要點1 病毒衣殼包裝需要的步驟有哪些？舉例說明衣殼蛋白自組裝過程需要哪些輔助組分？2 病毒釋放的機制有哪幾種？3 病毒成熟過程需要什么成分的參與？4 描述TMV和球狀衣殼和基因組的包裝過程是怎樣的？5

23、描述單純皰疹病毒如何利用基因組上包裝信號進行基因組的包裝6 描述HIV的包裝和釋放過程7 病毒獲得包膜的過程8 病流感病毒包膜上的神經氨酸酶對病毒釋放傳播是至關重要的，為什么？.第五章第五章 結束結束.The replication of adenovirus.Review based on the contents of Chapter II -chapter IV and literatures you can findSummarize the taxonomy, structure, genome organization , infectious cycles of animal virus listed below:SV40 virus, adenovirus, herpes virus , hepadnavirus, poliovirus, human Influenza A virus, HIV , rhabdovirus and poxvirus.Release of Enveloped Viruses1 Budding at plasma membrane:Release of enveloped virus particles from the plasma memb