分子病毒學(xué)病毒裝配成熟釋放學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1分子病毒學(xué)病毒裝配成熟分子病毒學(xué)病毒裝配成熟(chngsh)釋釋放放第一頁，共53頁。目錄目錄(ml)第一章第一章 概論概論第二章第二章 病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)第三章第三章 病毒吸附宿主及內(nèi)化病毒吸附宿主及內(nèi)化(ni hu)過程過程第四章第四章 病毒的基因組復(fù)制病毒的基因組復(fù)制第五章第五章 病毒基因的表達(dá)病毒基因的表達(dá)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(jī)體抗病毒免疫病毒感染與機(jī)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第1頁/共52頁第二頁，共53頁。 Basic process of viral assemble and

2、release2-capsid formation3-genome packaged into capsid4-acqure envelope1- structural unit formation6-maturation5-release第2頁/共52頁第三頁，共53頁。病毒病毒(bngd)的組裝的組裝Assembly裝配：在宿主內(nèi)，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(jìn)行組裝形成一個新的病毒粒子的過程；2. 裝配過程中，結(jié)構(gòu)蛋白首先形成一個結(jié)構(gòu)單元（structural unit）；然后多個結(jié)構(gòu)單元再組裝成不成熟的前衣殼，經(jīng)過一定修飾，形成成熟的衣殼。3. 裝配位置因病毒不

3、同而異，主要(zhyo)取決于病毒在胞內(nèi)復(fù)制位點(diǎn)和釋放機(jī)制:胞質(zhì)中裝配：picornaviruses, poxviruses & reoviruses 核中裝配：adenoviruses, polyomaviruses & parvoviruses it胞膜位置裝配：HIV第3頁/共52頁第四頁，共53頁。VP1 pentamers in SV401-1-有的病毒蛋白一級結(jié)構(gòu)序列含有足夠的自組裝信息。有的病毒蛋白一級結(jié)構(gòu)序列含有足夠的自組裝信息。比如，比如，VP1VP1在在 E-coli E-coli表達(dá)表達(dá)(biod), (biod), 分離出來的分離出來的VP1 VP1 就

4、是五聚就是五聚體，在體外就可組成類體，在體外就可組成類- -衣殼的結(jié)構(gòu)衣殼的結(jié)構(gòu)2-2-盡管對病毒結(jié)構(gòu)蛋而言，自組裝是基本機(jī)制，但還需要病盡管對病毒結(jié)構(gòu)蛋而言，自組裝是基本機(jī)制，但還需要病毒的或細(xì)胞的其他組分參與組裝，起輔助作用。毒的或細(xì)胞的其他組分參與組裝，起輔助作用。第4頁/共52頁第五頁，共53頁。病毒病毒(bngd)成分：成分： - 基因組基因組 RNA （ 作為裝配時的支架（作為裝配時的支架（scaffold）- ssRNA viruses and Retrovirus assembly). 或與結(jié)構(gòu)蛋白互作）或與結(jié)構(gòu)蛋白互作）-. 細(xì)胞成分細(xì)胞成分 - 胞膜胞膜 結(jié)構(gòu)蛋白與細(xì)胞膜發(fā)

5、生關(guān)聯(lián)（結(jié)構(gòu)蛋白與細(xì)胞膜發(fā)生關(guān)聯(lián)（association ），對某些蛋白衣殼裝配是必需的），對某些蛋白衣殼裝配是必需的第5頁/共52頁第六頁，共53頁。參與病毒組裝的輔助參與病毒組裝的輔助(fzh)成分成分第6頁/共52頁第七頁，共53頁。參與病毒組裝參與病毒組裝(z zhun)的細(xì)胞輔助成的細(xì)胞輔助成分分分子(fnz)伴侶第7頁/共52頁第八頁，共53頁。參與參與(cny)病毒組裝的病毒輔助成分病毒組裝的病毒輔助成分分子(fnz)伴侶支架(zhji)蛋白第8頁/共52頁第九頁，共53頁。第9頁/共52頁第十頁，共53頁。Herpes virus第10頁/共52頁第十一頁，共53頁。第一步第一

6、步 蛋白蛋白(dnbi)衣殼的裝配衣殼的裝配第11頁/共52頁第十二頁，共53頁。SV40病毒衣殼五聚病毒衣殼五聚體的組裝體的組裝(z zhun) -來自單個蛋白來自單個蛋白表達(dá)(biod)組裝(z zhun)第12頁/共52頁第十三頁，共53頁。腺病毒腺病毒II型型衣殼五聚體的組裝衣殼五聚體的組裝(z zhun) -來自單個蛋白來自單個蛋白第13頁/共52頁第十四頁，共53頁。脊髓灰質(zhì)炎病毒脊髓灰質(zhì)炎病毒(bngd)衣殼結(jié)衣殼結(jié)構(gòu)單元組裝構(gòu)單元組裝-來自于長肽寡來自于長肽寡聚蛋白聚蛋白-第14頁/共52頁第十五頁，共53頁。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(z zhun)

7、 -分子伴侶輔助分子伴侶輔助第15頁/共52頁第十六頁，共53頁。第16頁/共52頁第十七頁，共53頁。第17頁/共52頁第十八頁，共53頁。Bacteriophage T4 鞘機(jī)基盤的組裝(z zhun)頭部組裝(z zhun)尾絲組裝(z zhun)第18頁/共52頁第十九頁，共53頁。Bacteriophage T4 progressively more complex structures are formed in a stepwise mechanism 對許多(xdu)病毒而言，衣殼結(jié)構(gòu)中間體很難分離或第19頁/共52頁第二十頁，共53頁。包裝（包裝（packaging）: 把基

8、因組裝進(jìn)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(diǎn)(Packaging Signals),以區(qū)別與宿主核酸成分第20頁/共52頁第二十一頁，共53頁。反轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄(zhun l)病毒病毒RNA基因組上的包裝信號基因組上的包裝信號第21頁/共52頁第二十二頁，共53頁。螺旋對稱螺旋對稱(duchn)桿狀衣殼的桿狀衣殼的裝配裝配 （helical capsids）以以TMV為例：為例： 衣殼的裝配圍繞基因組進(jìn)行衣殼的裝配圍繞基因組進(jìn)行1. 衣殼蛋白首先形成一個盤狀結(jié)構(gòu)衣殼蛋白首先形成一個盤狀結(jié)構(gòu)(jigu),由由17個亞單位（個亞單位（ subunits，capsomers，衣殼

9、粒）組成，衣殼粒）組成2. 合成好的基因組合成好的基因組RNA被捕獲到盤狀結(jié)構(gòu)被捕獲到盤狀結(jié)構(gòu)(jigu)的中心，掛在盤子的的中心，掛在盤子的“內(nèi)壁內(nèi)壁”上（基因組內(nèi)部的一個位點(diǎn)與內(nèi)壁結(jié)合）；上（基因組內(nèi)部的一個位點(diǎn)與內(nèi)壁結(jié)合）；以盤狀結(jié)構(gòu)以盤狀結(jié)構(gòu)(jigu)為中心，向兩個方向延伸，堆積結(jié)構(gòu)為中心，向兩個方向延伸，堆積結(jié)構(gòu)(jigu)單元，單元，延長桿狀結(jié)構(gòu)延長桿狀結(jié)構(gòu)(jigu) 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伸進(jìn)入螺旋結(jié)構(gòu)基因組從上下兩個方向分別不斷被拉伸進(jìn)入螺旋結(jié)構(gòu)(jigu)的內(nèi)壁的內(nèi)壁第22頁/共52頁第二十三頁，共53頁。53盤狀結(jié)構(gòu)(jigu)（

10、起始結(jié)構(gòu)(jigu)）合成(hchng)好的基因組RNA上下衣殼向兩個方向(fngxing)延伸基因組的兩端也貼著衣殼內(nèi)壁，向兩個方向(fngxing)延伸，嵌合在衣殼內(nèi)壁中特定序列第23頁/共52頁第二十四頁，共53頁。TMV assembly第24頁/共52頁第二十五頁，共53頁。外殼先裝配，基因組再插入外殼先裝配，基因組再插入結(jié)構(gòu)單元（結(jié)構(gòu)單元（ capsomer subunits）圍繞著支架蛋白（）圍繞著支架蛋白（ scaffolding protein）進(jìn)行初級組裝成前衣殼（）進(jìn)行初級組裝成前衣殼（ procapsid） 支架蛋白被從衣殼中移除（再利用），形成支架蛋白被從衣殼中移除（

11、再利用），形成(xngchng)一個中空衣殼一個中空衣殼。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構(gòu)象的變化。這個過程需要能量和衣殼一定的構(gòu)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(jié)合形成復(fù)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(jìn)入衣殼；當(dāng)一倍長度的基因組拉伸進(jìn)入衣殼時，在復(fù)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(z zhun)完畢第25頁/共52頁第二十六頁，共53頁。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(jìn)行酶切，會導(dǎo)致衣殼結(jié)構(gòu)發(fā)生前衣殼到變

12、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(jìn)行酶切，會導(dǎo)致衣殼結(jié)構(gòu)發(fā)生(fshng)微小的改變或穩(wěn)定性發(fā)生微小的改變或穩(wěn)定性發(fā)生(fshng)微弱改變，這個過程中伴隨著基因組的進(jìn)入。微弱改變，這個過程中伴隨著基因組的進(jìn)入。支架(zhji)蛋白門戶(mnh)蛋白第26頁/共52頁第二十七頁，共53頁。單純單純(dnchn)(dnchn)皰疹病毒皰疹病毒DNADNA基因組的包裝基因組的包裝長獨(dú)特(dt)區(qū)短獨(dú)特(dt)區(qū)重復(fù)序列中含有包裝信號序列（ pac1, pac2 ）,重復(fù)序列在基因組上由多個拷貝（短獨(dú)特區(qū)US只有一個拷貝）單純皰疹病毒基因組復(fù)制是形成

13、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(fù)序列中。兩側(cè)還有正向重復(fù)序列（DR）是切割位點(diǎn)第27頁/共52頁第二十八頁，共53頁。Step 1-2 是基因組被包裝的過程啟動：先有幾個(j )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(jié)合在基因組上的包裝信號序列位置形成一個復(fù)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(fù)序列處（DR）發(fā)生第一次切割，由復(fù)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(fù)合體中的包裝

14、蛋白在另一個正向重復(fù)序列處（DR）進(jìn)行第二次切割。Step 4 是由病毒編碼的帽蛋白塞住衣殼出口。單純單純(dnchn)(dnchn)皰疹病毒皰疹病毒DNADNA基因組的包裝基因組的包裝第28頁/共52頁第二十九頁，共53頁。(-) strand RNA viruses第29頁/共52頁第三十頁，共53頁。1. 有的病毒（如有的病毒（如 皰疹病毒）是在細(xì)胞核中進(jìn)行裝配，所以它們皰疹病毒）是在細(xì)胞核中進(jìn)行裝配，所以它們出核膜時就會獲得一層包膜；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)生其它包膜病毒衣殼裝配可以發(fā)生(fshng)在胞質(zhì)中，有的如在胞質(zhì)中，有的如HIV發(fā)生發(fā)生(f

15、shng)在包膜上，所以可以從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜或細(xì)胞膜上獲在包膜上，所以可以從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜或細(xì)胞膜上獲得包膜結(jié)構(gòu)得包膜結(jié)構(gòu). 注意：注意：這些脂膜上必須有病毒編碼的糖蛋白這些脂膜上必須有病毒編碼的糖蛋白后后期期(huq)表達(dá)蛋白，在高爾基體上修飾后表達(dá)蛋白，在高爾基體上修飾后，隨著液泡系運(yùn)輸?shù)侥は抵?，隨著液泡系運(yùn)輸?shù)侥は抵械?0頁/共52頁第三十一頁，共53頁?？缒さ鞍资窃诖置鎯?nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成：當(dāng)在核糖體上合成出來就插入(ch r)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，在內(nèi)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中糖基化。轉(zhuǎn)移到高爾基體進(jìn)行進(jìn)一步修飾和折疊，然后轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜上第31頁/共52頁第三十二頁，共53頁。HSV：Herpesviruses在核內(nèi)包裝冠狀病毒E

16、1在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上包裝(bozhung)第32頁/共52頁第三十三頁，共53頁。機(jī)制一: 大多數(shù)包膜病毒，包裝(bozhung)和獲得衣殼是在時空上是分開的過程e.g. Influenza virus/VSV第33頁/共52頁第三十四頁，共53頁。第34頁/共52頁第三十五頁，共53頁。衣殼囊膜基因組膜上的跨膜糖蛋白第35頁/共52頁第三十六頁，共53頁。 除植物病毒要設(shè)法突破植物細(xì)胞壁的障礙外，其它病毒從宿主中釋放一般采用的機(jī)制有：-裂解細(xì)胞： (most non-enveloped viruses), 宿主細(xì)胞完全破裂，病毒出來（噬菌體）-嗜菌斑 細(xì)胞空斑-出芽(ch y)：(Enveloped

17、 viruses）-病毒粒子釋放時在細(xì)胞膜胞質(zhì)側(cè)向外頂出形成芽狀（細(xì)胞膜包裹著病毒粒子），離開細(xì)胞時就可以 獲得相應(yīng)的囊膜，-運(yùn)輸泡: 病毒在釋放前先進(jìn)入一個胞外運(yùn)輸泡（intracellular vesicle ），再通過細(xì)胞運(yùn)輸泡系統(tǒng)運(yùn)出到胞外。第五步第五步 病毒病毒(bngd)(bngd)釋放釋放第36頁/共52頁第三十七頁，共53頁?？瞻咝纬煽瞻咝纬?xngchng)機(jī)制一 裂解(li ji)細(xì)胞釋放第五步第五步 病毒病毒(bngd)(bngd)釋放釋放第37頁/共52頁第三十八頁，共53頁。第五步第五步 病毒病毒(bngd)(bngd)釋放釋放出芽點(diǎn)：病毒糖蛋白插入包膜，產(chǎn)生拖的力量

18、，把包膜拖出一個(y )芽結(jié)構(gòu)內(nèi)部病毒結(jié)構(gòu)蛋白粘附與出芽點(diǎn)，產(chǎn)生一個(y )推的力量機(jī)制二第38頁/共52頁第三十九頁，共53頁。衣殼囊膜基因組膜上的跨膜糖蛋白第39頁/共52頁第四十頁，共53頁。第五步第五步 病毒病毒(bngd)(bngd)釋放釋放在核膜，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上， 高爾基體膜上插入病毒糖蛋白，病毒出芽獲得包膜結(jié)構(gòu)，進(jìn)入運(yùn)輸系統(tǒng)（膜泡運(yùn)輸）優(yōu)點(diǎn)：避開對宿主細(xì)胞胞質(zhì)膜的糖蛋白修飾，減少免疫系統(tǒng)監(jiān)視 內(nèi)膜沒有細(xì)胞骨架附著，出芽更方便(fngbin) 具有獨(dú)特的脂成分第40頁/共52頁第四十一頁，共53頁。第五步第五步 病毒病毒(bngd)(bngd)釋放釋放裸病毒裸病毒,SV40機(jī)制三：機(jī)制

19、三： 病毒進(jìn)入病毒進(jìn)入(jnr)轉(zhuǎn)運(yùn)小泡轉(zhuǎn)運(yùn)小泡-transport vesicles ，與膜融合，與膜融合釋放出來釋放出來第41頁/共52頁第四十二頁，共53頁。HSV：Herpesviruses在核內(nèi)包裝，穿過核膜時的出芽（在核膜上獲得包膜），在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上和高爾基體形成運(yùn)輸泡（A)，還可能是從核膜上獲得包膜又被溶解(rngji)，經(jīng)過高爾基體時獲得包膜，被運(yùn)輸泡運(yùn)出去。第42頁/共52頁第四十三頁，共53頁。流感病毒釋放流感病毒釋放(shfng)時包膜上的神經(jīng)氨酸酶的時包膜上的神經(jīng)氨酸酶的作用作用神經(jīng)氨酸酶（NA 蛋白(dnbi)）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(dn

20、bi)上及感染細(xì)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(biāo)第43頁/共52頁第四十四頁，共53頁。NA 是一種糖苷外切酶是一種糖苷外切酶 ,可以可以(ky)從糖苷鍵上從糖苷鍵上除去唾液酸殘基除去唾液酸殘基流感病毒釋放時，新病毒顆粒移向細(xì)胞表面，仍通過血凝素-唾液酸鍵進(jìn)行結(jié)合。唾液酸神經(jīng)氨酸酶的主要(zhyo)作用是催化裂解存在于唾液酸末端、N-乙?；窠?jīng)氨酸及相鄰糖基間的酮苷連接橋，從而促進(jìn)病毒在呼吸道的傳播 ,因?yàn)樵撴I的斷裂使病毒從感染的細(xì)胞中釋出，并阻止病毒從宿主細(xì)胞釋出后的聚集。神經(jīng)氨酸酶還可通過裂解呼吸道黏膜中的唾液酸

21、,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(xì)胞 ,防止游離的病毒顆粒凝集在一起 ,促進(jìn)病毒滲入呼吸道上皮細(xì)胞及其在呼吸系統(tǒng)的擴(kuò)散。通過這種方式 ,感染在體內(nèi)擴(kuò)散。神經(jīng)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(qiáng)一些菌株的毒力。藥物作用靶標(biāo)藥物作用靶標(biāo)-尋找尋找NA的抑制劑，通過阻斷的抑制劑，通過阻斷NA ,可使病毒顆粒聚集在一起可使病毒顆粒聚集在一起 ,黏著于細(xì)胞表面黏著于細(xì)胞表面 ,不能感染其他細(xì)胞。由于不能感染其他細(xì)胞。由于 NA 的活性可被特異性的抑制物或抗體所抑制的活性可被特異

22、性的抑制物或抗體所抑制 ,從而使從而使 NA 喪失吸附融合喪失吸附融合(rngh)復(fù)制裝配和出芽等功能復(fù)制裝配和出芽等功能 ,因此根據(jù)這一特點(diǎn)因此根據(jù)這一特點(diǎn) ,國內(nèi)外研究出許多抗流感藥物國內(nèi)外研究出許多抗流感藥物第44頁/共52頁第四十五頁，共53頁。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(chl)蛋白水解過程涉及到病毒蛋白水解酶的作用第45頁/共52頁第四十六頁，共53頁。病毒粒子病毒粒子(lz)(lz)成熟成熟MaturationMaturation1. 成熟過程常常涉及病毒粒子結(jié)構(gòu)的改變（對前衣殼進(jìn)行特定位點(diǎn)的切割）或構(gòu)象(u

23、xin)的變化.2. 這種變化可以導(dǎo)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(zhì)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46頁/共52頁第四十七頁，共53頁。第五章第五章 復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)(fx)要點(diǎn)要點(diǎn)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(fzh)組分？2 病毒釋放的機(jī)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 描述單純皰疹病毒如何利用基因組上包裝信號進(jìn)行基因組的