中大新聞網訊（通訊員張勤奮）桿狀病毒（Baculovirus）是一種雙鏈 DNA 病毒，在自然界中廣泛存在。因其可以感染昆蟲幼蟲，所以可被應用于有害昆蟲的防控，并已有商業化產品。桿狀病毒表達系統也被廣泛用于外源基因表達，具有蛋白產量高，可容納的外源基因片段長，可展示需要翻譯后修飾的蛋白等優點。同時，桿狀病毒可以用于蛋白展示，充當基因載體用于基因治療。盡管人們對桿狀病毒開展了廣泛的研究和應用，但桿狀病毒的具體衣殼結構以及絕大多數桿狀病毒蛋白的結構都暫未得到解析。
近日，中山大學生命科學學院張勤奮課題組在 Nature Communications 發表了題為“Architecture of the baculovirus nucleocapsid revealed by cryo-EM”的研究論文。展示了由 VP39 蛋白組成的 AcMNPV 螺旋柱體的 3.2? 分辨率結構，以及由100 多個蛋白組成的病毒頭部和基部的 4.3? 分辨率結構。
桿狀病毒AcMNPV的整體結構
圖a展示了一個桿狀病毒AcMNPV病毒顆粒在冷凍電鏡下的形象。圖b,c,d分別展示桿狀病毒AcMNPV的頭部，螺旋柱體和尾部的三維結構。
病毒整體呈現長桿狀，大部分為螺旋的柱體整體結構。兩個成局部 C2 對稱的主要病毒衣殼蛋白（major viral capsid protein）VP39 組成螺旋最基本的非對稱單元。螺旋為右手螺旋，上升間距Δz = 44.1 ?，扭轉角度ΔΦ = 18.5°，共有 14 條螺旋線，同時也具有 C14 的點群對稱性。螺旋柱體的外徑約為 500?，內徑約為 420?。VP39 之間豐富的二硫鍵、氫鍵、鹽橋和疏水相互作用都被解析和闡釋。
桿狀病毒AcMNPV尾部的原子模型
圖a,b從不同角度展示了桿狀病毒AcMNPV尾部整體的原子模型。圖c展示了尾部的一個最小組成單元。圖d和e詳細展示了蛋白與蛋白之間的具體相互作用。
病毒的頭部和尾部由明顯的三部分組成：外層、內層和中心區域。頭部和尾部的外層形態相同，都覆蓋在 VP39 柱體外，由AC104、AC142和AC109三種蛋白組成；頭部和尾部的內層與外層共同夾住螺旋柱體末端的 VP39，內層都具有AC101和AC144兩種蛋白，尾部額外具有AC98蛋白。在底部的中心區域有一個“塞子”結構，經過進一步對稱性釋放和三維分類，可解析得“塞子”部分的結構具有 C7 對稱性，由AC101和AC144蛋白組成。而在頂部的中心區域，明顯存在一個“帽子”狀結構，向遠離病毒中心的方向突出，與噬菌體等Portal結構類似。
文章第一單位為中山大學生命科學學院和水產動物疫病防控與健康養殖全國重點實驗室，生命科學學院博士研究生（現生物電子顯微成像平臺實驗師）賈旭東和博士研究生（南方科技大學冷凍電鏡中心工程師）高遠矚為共同第一作者，張勤奮副教授和得克薩斯大學健康科學中心Matthew L. Baker為共同通訊作者。生命科學學院楊凱教授團隊為研究提供了大量的支持和幫助，本科生黃宇軒、孫琳鈞、李鍶鐸和電鏡平臺工作人員參與了本研究。本研究受到廣東省科技計劃項目資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43284-1
