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Science:從結(jié)構(gòu)上揭示Dicer屠殺病毒新機制

2018-07-17 來源:中國病毒學(xué)論壇  標(biāo)簽: 掌上醫(yī)生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護(hù)膚
摘要:病毒dsRNA和細(xì)胞dsRNA之間的一個細(xì)小的差別導(dǎo)致將病毒作為一種不想要的入侵者加以清除。

 當(dāng)病毒感染人體細(xì)胞時,這些細(xì)胞就面臨一個難題:它們?nèi)绾文軌蛟诓粋ψ约旱那闆r下摧毀病毒?在一項新的研究中,來自美國猶他大學(xué)的研究人員通過可視化觀察到將病毒的遺傳物質(zhì)切割成碎片的一種微小的細(xì)胞機器而找到了答案。他們的研究展示了這種細(xì)胞機器如何檢測這些入侵的病毒,并對它們進(jìn)行加工以便讓它們遭受破壞,從而保護(hù)細(xì)胞和阻止感染傳播。相關(guān)研究結(jié)果于2017年12月21日在線發(fā)表在Science期刊上,論文標(biāo)題為“DicerusesdistinctmodulesforrecognizingdsRNAtermini”。論文通信作者為猶他大學(xué)生物化學(xué)系教授BrendaBass博士和生物化學(xué)系助理教授PeterShen博士。

 
Bass說,“抵抗病毒感染對生存而言是至關(guān)重要的。觀察到生物如何經(jīng)過進(jìn)化解決這個問題是令人著迷的。”Bass、Shen和他們的同事們研究了一種特定的細(xì)胞機器,即來自黑腹果蠅的蛋白Dicer。鑒于科學(xué)家們知道這種果蠅蛋白如何發(fā)揮作用,他們可能能夠利用一些技巧來戰(zhàn)勝導(dǎo)致人類疾病的病毒。乍看之下,“L”形狀的蛋白Dicer看起來并沒有什么特別之處。但是當(dāng)把它放在病毒附近時,它的彎刀般的屬性就會突然啟動。病毒通過在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制和拷貝它們的遺傳物質(zhì)來擴散感染。Dicer抓住繩索狀的雙鏈RNA(dsRNA)并將它切割成碎片,從而讓細(xì)胞清除入侵的病毒。
 
病毒dsRNA和細(xì)胞dsRNA之間的一個細(xì)小的差別導(dǎo)致將病毒作為一種不想要的入侵者加以清除。病毒dsRNA的雙鏈末端是平的,然而,細(xì)胞dsRNA的一條鏈要比另一條鏈長一些。
 
論文第一作者NiladriSinha解釋道,“Dicer必須謹(jǐn)慎地對待它切割的東西,否則它會關(guān)閉細(xì)胞。觀察Dicer如何發(fā)揮作用解答了一個長期存在的問題:抗病毒受體如何區(qū)分‘自我’和‘非自我’。”
 
這種功能比較重要的原因不止一個。作為正常細(xì)胞功能的一部分,Dicer也切割由細(xì)胞產(chǎn)生的dsRNA。這項研究首次表明這個細(xì)胞機器(即Dicer)利用一種完全不同的機制來加工由病毒產(chǎn)生的dsRNA。
 
從某種意義上來說,這種關(guān)于Dicer的新觀點已存在將近20年了。當(dāng)Bass首次開始研究這種蛋白時,她注意到它具有一個被稱作解旋酶結(jié)構(gòu)域的區(qū)域。但是這么多年來,沒有人知道其中的原因。正是純粹的好奇心讓她與Shen合作來確定觀察這種蛋白是否能夠有助他們解答這個問題。
 
為此,他們利用低溫電鏡技術(shù)(cryo-EM)極速凍存和分析Dicer。盡管采用了先進(jìn)的方法,但是獲得這種蛋白與病毒dsRNA相互作用時的圖片并不容易。根據(jù)cryo-EM的標(biāo)準(zhǔn),Dicer太小了。此外,它發(fā)生彎曲和移動,這使得人們很難確定它的結(jié)構(gòu)。
 
這些研究人員克服了這些困難:利用生物化學(xué)方法捕捉處于特定位置的Dicer-病毒dsRNA結(jié)合物,隨后獲得這種結(jié)合物的幾十萬張圖片。他們發(fā)現(xiàn)這種神秘的解旋酶結(jié)構(gòu)域確定了一種之前未知的病毒摧毀機制:該結(jié)構(gòu)域識別這種病毒,在殺死它之前,纏繞著它。重要的是,一旦這種解旋酶結(jié)構(gòu)域抓住病毒dsRNA,它就不會放手,從而提高根除感染的機會。
 
Shen說,“我高興的是我們之前并不知道這種酶如何發(fā)揮作用。僅是觀察它,我們突然發(fā)現(xiàn)了意想不到的事情。”
 
Dicer可能僅在果蠅中以這種方式發(fā)揮作用。但是生物學(xué)習(xí)慣重復(fù)使用發(fā)揮良好作用的工具。“我確信人們將會想到在某些條件下,或者在其他的蛋白因子的存在下,人Dicer可能與果蠅的Dicer那樣發(fā)揮作用。”這樣的發(fā)現(xiàn)可能讓科學(xué)家們開發(fā)出控制病毒感染和人體對感染作出的反應(yīng)的新方法。
 
參考文章:DicerusesdistinctmodulesforrecognizingdsRNAtermini.
 
參考摘要:InvertebratesrelyonDicertocleaveviraldouble-strandedRNA(dsRNA),andDrosophilaDicer-2distinguishesdsRNAsubstratesbytheirtermini.Bluntterminipromoteprocessivecleavage,while3'overhangingterminiarecleaveddistributively.Tounderstandthisdiscrimination,weusedcryo-electronmicroscopytosolvestructuresofDrosophilaDicer-2aloneandincomplexwithbluntdsRNA.WhilethePlatform-PAZdomainshavebeenconsideredtheonlyDicerdomainsthatbinddsRNAtermini,unexpectedly,wefoundthatthehelicasedomainisrequiredforbindingblunt,butnot3'overhanging,termini.WefurthershowedthatbluntdsRNAislocallyunwoundandthreadedthroughthehelicasedomaininanATP-dependentmanner.Ourstudiesrevealapreviouslyunrecognizedmechanismforoptimizingantiviraldefenseandsetthestagefordiscoveryofhelicase-dependentfunctionsinotherDicers.
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