HIV-1的衣壳表现得像细胞的货物受体进入细胞核

逆转录病毒不能自行复制——它们必须将其遗传密码插入宿主的DNA中，并利用宿主细胞的资源来制造更多的自身复制，从而进一步感染。一些逆转录病毒仅在细胞分裂时感染细胞，当保护宿主遗传物质的核膜破裂时，使其易于获取。HIV-1 是一种逆转录病毒，称为慢病毒，可以感染非分裂细胞。

HIV-1通过将其基因组包装成一个称为衣壳的大型锥形结构，将其基因组传递到细胞核中，但几十年来，确切的机制一直难以捉摸。穿过核膜的旅行通过核孔、甜甜圈形蛋白质组装体发生并受其调节。人体细胞有大约2000个核孔穿孔核膜。一些早期的证据表明，衣壳在输送到细胞核的过程中保持完整，但这造成了一个维度难题。锥形HIV-1衣壳长约120纳米，宽约60纳米 – 研究人员认为，太大了，无法穿过核孔的开口，测量值仅为43纳米宽。

麻省理工学院生物系施瓦茨实验室的成员对这个问题产生了兴趣，当时该实验室的一名博士后使用冷冻电子断层扫描，切开冷冻细胞的切片来检查结构，以表明核包膜中的核孔大于43nm。事实证明，当它们脱离原生条件时，它们会放气和收缩。在天然条件下，核孔复合体的宽度约为 60nm，足以容纳 HIV-1 衣壳。

知道它可以适应，一个问题仍然存在：衣壳如何在密集的意大利面状蛋白质网中导航，这些蛋白质在核孔通道中起筛子的作用？这种意大利面状的网状物允许小货物扩散，但阻止大货物进入，除非它由称为核转运受体的蛋白质护送。

在今天发表在《自然》杂志上的一篇开放获取论文中，研究人员提出了HIV-1衣壳模仿细胞的转运受体穿过核孔的证据。

为了支持这一结论，研究人员在体外展示了三件事：HIV-1衣壳可以通过核孔类似物运送货物;衣壳可以与核孔通道中的蛋白质筛相互作用;衣壳在没有天然转运蛋白的情况下靶向核孔。

核运输受体通过“击退”通道内意大利面状的蛋白质网状物来护送大型货物通过核孔——就像有人握着你的手，引导你穿过拥挤的舞池。HIV-1衣壳与意大利面样蛋白质相互作用，但其目的更像是特洛伊木马 – 衣壳包裹病毒货物，保护其在细胞质中和进入核孔复合体时不被检测到。

“细胞真正令人惊奇的是，它们非常复杂。研究细胞的真正困难在于它们非常复杂，“共同第一作者、施瓦茨实验室的研究生Erika Weiskopf开玩笑说。“生物化学家一直在努力寻找在简化的背景下研究他们的系统的方法，但仍然赋予它细胞生物学的味道。

为此，Schwartz实验室与马克斯·普朗克多学科科学研究所（Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences）细胞物流主任Dirk Görlich合作。Görlich是该论文的共同资深作者，与麻省理工学院的Boris Magasanik生物学教授Thomas Schwartz共同撰写。Görlich的实验室已经产生了在核孔内发现的意大利面状蛋白质的浓缩液滴，这些液滴允许和排除货物的方式与核孔相同。在实验中，荧光标记的货物没有进入液滴，但用HIV-1衣壳包装的荧光标记的货物被交付。这表明衣壳可以通过核孔输送货物。

使用生物物理结合测定法，研究人员还表明HIV-1衣壳与通道内的蛋白质相互作用。在不同的通道部分发现了不同的意大利面样蛋白质，例如在细胞质侧的入口处或仅在通道内;人体细胞中有 10 种这样的蛋白质。衣壳是一种混杂的粘合剂——它可以与通道中发现的所有意大利面样蛋白质相互作用。

即使没有细胞的转运受体，衣壳也可以靶向核孔复合物，这表明它不会征用天然转运受体来寻找和进入核孔。该团队在核质转运领域使用了一种经典的测定法来收集这一证据：当细胞被洋地黄皂苷处理时，它们的膜会变得多孔。细胞质中的所有物质都会从细胞中泄漏出来，但核膜将保持完整。尽管没有天然蛋白质，但衣壳被核孔复合物所吸引，这是一种表明核转运受体的行为。

虽然衣壳表现得像核转运受体来穿透核孔，但它是根本不同的。转运受体不需要像衣壳那样隐藏递送材料以避免被发现。

这些发现为核孔复合体能够容纳什么开辟了新的研究方向。

“HIV-1衣壳是我们现在知道的可以完好无损地穿过核孔复合体的最大的东西之一，”Weiskopf说。“它提出了各种各样的问题——还有哪些我们认为不可能的东西可以通过孔隙？”

施瓦茨说，另一个问题是，人体细胞中的所有2000个核孔是否都是相同的，或者是否有某种东西使某些孔更容易允许衣壳通过。

众所周知，衣壳具有异常的弹性，这可能是通过孔隙的关键。该领域另一个有趣的问题是，锥形衣壳是否通过挤压进入孔隙。

尽管研究小组已经证明衣壳可以进入孔隙，但在通道的另一端会发生什么仍然未知 – 衣壳是完全或部分进入细胞核还是在通道内分解。Weiskopf正在研究扰乱衣壳部分或意大利面样蛋白质，以更多地了解哪些相互作用对衣壳成功进入最重要。

尽管这些结果扩展了我们对核孔的理解，但对于HIV-1感染和通过核孔复合体的运输过程，还有很多未知数。

“核孔是细胞生物学中如此重要的元素，我们认为更好地理解它会很有趣 – 这就是我们发现孔比我们预期的要大得多的方式，”Schwartz说。“我们肯定会尝试看看我们是否能够理解HIV-1感染的机制，衣壳是如何在通道的另一边释放的，以及哪些因素在那里是重要的 – 以及你可以在多大程度上操纵它或影响它用于治疗应用。