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Science:從結構上揭示Dicer屠殺病毒新機制

2018-07-17 來(lái)源:中國病毒學(xué)論壇  標簽: 掌上醫生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護膚
摘要:病毒dsRNA和細胞dsRNA之間的一個(gè)細小的差別導致將病毒作為一種不想要的入侵者加以清除。

 當病毒感染人體細胞時(shí),這些細胞就面臨一個(gè)難題:它們如何能夠在不傷害自己的情況下摧毀病毒?在一項新的研究中,來(lái)自美國猶他大學(xué)的研究人員通過(guò)可視化觀(guān)察到將病毒的遺傳物質(zhì)切割成碎片的一種微小的細胞機器而找到了答案。他們的研究展示了這種細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,從而保護細胞和阻止感染傳播。相關(guān)研究結果于2017年12月21日在線(xiàn)發(fā)表在Science期刊上,論文標題為“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(shuō),“抵抗病毒感染對生存而言是至關(guān)重要的。觀(guān)察到生物如何經(jīng)過(guò)進(jìn)化解決這個(gè)問(wèn)題是令人著(zhù)迷的。”Bass、Shen和他們的同事們研究了一種特定的細胞機器,即來(lái)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(lái)戰勝導致人類(lèi)疾病的病毒。乍看之下,“L”形狀的蛋白Dicer看起來(lái)并沒(méi)有什么特別之處。但是當把它放在病毒附近時(shí),它的彎刀般的屬性就會(huì )突然啟動(dòng)。病毒通過(guò)在細胞內復制和拷貝它們的遺傳物質(zhì)來(lái)擴散感染。Dicer抓住繩索狀的雙鏈RNA(dsRNA)并將它切割成碎片,從而讓細胞清除入侵的病毒。
 
病毒dsRNA和細胞dsRNA之間的一個(gè)細小的差別導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,細胞dsRNA的一條鏈要比另一條鏈長(cháng)一些。
 
論文第一作者NiladriSinha解釋道,“Dicer必須謹慎地對待它切割的東西,否則它會(huì )關(guān)閉細胞。觀(guān)察Dicer如何發(fā)揮作用解答了一個(gè)長(cháng)期存在的問(wèn)題:抗病毒受體如何區分‘自我’和‘非自我’。”
 
這種功能比較重要的原因不止一個(gè)。作為正常細胞功能的一部分,Dicer也切割由細胞產(chǎn)生的dsRNA。這項研究首次表明這個(gè)細胞機器(即Dicer)利用一種完全不同的機制來(lái)加工由病毒產(chǎn)生的dsRNA。
 
從某種意義上來(lái)說(shuō),這種關(guān)于Dicer的新觀(guān)點(diǎn)已存在將近20年了。當Bass首次開(kāi)始研究這種蛋白時(shí),她注意到它具有一個(gè)被稱(chēng)作解旋酶結構域的區域。但是這么多年來(lái),沒(méi)有人知道其中的原因。正是純粹的好奇心讓她與Shen合作來(lái)確定觀(guān)察這種蛋白是否能夠有助他們解答這個(gè)問(wèn)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(shí)的圖片并不容易。根據cryo-EM的標準,Dicer太小了。此外,它發(fā)生彎曲和移動(dòng),這使得人們很難確定它的結構。
 
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結合物,隨后獲得這種結合物的幾十萬(wàn)張圖片。他們發(fā)現這種神秘的解旋酶結構域確定了一種之前未知的病毒摧毀機制:該結構域識別這種病毒,在殺死它之前,纏繞著(zhù)它。重要的是,一旦這種解旋酶結構域抓住病毒dsRNA,它就不會(huì )放手,從而提高根除感染的機會(huì )。
 
Shen說(shuō),“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(guān)察它,我們突然發(fā)現了意想不到的事情。”
 
Dicer可能僅在果蠅中以這種方式發(fā)揮作用。但是生物學(xué)習慣重復使用發(fā)揮良好作用的工具。“我確信人們將會(huì )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)現可能讓科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出控制病毒感染和人體對感染作出的反應的新方法。
 
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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