《自然》雜志在線(xiàn)發(fā)表了中國(guó)科大合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、生命科學(xué)學(xué)院劉云濤博士、畢國(guó)強(qiáng)教授與合作者的研究論文。他們利用冷凍電鏡首次解析了人類(lèi)皰疹病毒基因組包裝的關(guān)鍵機(jī)制及病毒的DNA基因組結(jié)構(gòu)，有助于預(yù)防和控制皰疹病毒引發(fā)的多種疾病，并改造皰疹病毒用于靶向治療。

皰疹病毒是一類(lèi)在自然界廣泛存在的病毒，在感染人體后能夠引發(fā)多種疾病，包括帶狀皰疹、出生缺陷、多種免疫系統(tǒng)疾病以及癌癥。皰疹病毒包括囊膜、中間體蛋白層、核衣殼和基因組四層結(jié)構(gòu)，其中核衣殼通常被視為一個(gè)正二十面體，其上有一個(gè)獨(dú)特的DNA通道，是病毒基因組進(jìn)出的地方。由于缺乏病毒基因組和衣殼DNA通道的高分辨結(jié)構(gòu)，人們對(duì)于病毒粒子的基因組包裝過(guò)程知之甚少。

在皰疹病毒生命周期中，最關(guān)鍵的過(guò)程之一就是將DNA剪切酶“召集”到衣殼獨(dú)特的DNA 通道上，識(shí)別、包裝和切割雙鏈DNA，最終產(chǎn)生含有基因組的病毒粒子。當(dāng)病毒基因組在病毒衣殼內(nèi)裝滿(mǎn)后，會(huì)發(fā)出某種信號(hào)，從而切除冗余的DNA以完成組裝。研究人員建立了一套特殊算法，利用冷凍電鏡獲得了皰疹病毒衣殼上DNA通道的原子分辨率結(jié)構(gòu)以及大部分基因組的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)病毒基因組具有左手超螺旋的纏繞方式和一個(gè)無(wú)序核心，并且揭示了病毒基因組包裝信號(hào)的傳導(dǎo)方式及基因組如何通過(guò)衣殼DNA通道。

該研究展示了皰疹病毒完整的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，獲得了第一個(gè)真核生物病毒的DNA通道原子模型，也是第一次探測(cè)到DNA在通道里的扭曲狀態(tài)。審稿人評(píng)論說(shuō)：“作者采用最前沿的局部分類(lèi)方法對(duì)皰疹病毒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了完美解析，堪稱(chēng)高分辨冷凍電鏡三維重建的匠心力作。”

畢國(guó)強(qiáng)介紹說(shuō)，通過(guò)理解皰疹病毒DNA轉(zhuǎn)運(yùn)及基因組包裝信號(hào)獲取和傳遞的基本規(guī)則，一方面，有針對(duì)性地用于皰疹病毒引起的疾病預(yù)防和控制；另一方面，有助于對(duì)皰疹病毒進(jìn)行改造，使其成為更實(shí)用的載體工具，并用于腫瘤靶向治療或大腦神經(jīng)環(huán)路示蹤等。

該研究是中國(guó)科大合肥微尺度國(guó)家研究中心集成影像中心的又一里程碑式成果。集成影像中心是合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心與生命科學(xué)學(xué)院為推進(jìn)交叉學(xué)科發(fā)展而建設(shè)的創(chuàng)新研究與公共技術(shù)平臺(tái)。