疱疹病毒与宿主细胞骨架相互作用的研究进展

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•专论与综述•X疱疹病毒与宿主细胞骨架相互作用的研究进展*刘超邱亚峰马志永(1中国农业科学院上海兽医研究所兽医公共卫生研究室上海200241)摘要：a・疱疹病毒复制包括吸附宿主细胞膜、膜融合、穿入与脱衣壳、DNA复制与核衣壳装配、囊膜形成与病毒粒了的成熟释放等过程。为了创造一个有利于自身复制和扩散的细胞环境,*疱疹病毒进化了多种与宿主细胞相互作用的机制。宿主细胞骨架主要包括微管、微丝和中间纤维，在■疱疹病毒复制过程中发挥重要的作用。a-疱疹病毒是如何利用宿主细胞骨架完成其高效率笊复制，而宿主细胞骨架乂是在病毒的生活周期中起到何种作用，本文就近年来-疱疹病毒与宿主细胞骨架相互作用做一简•单综述，有望为抗病每治疗提供新的研究思路。关键词:细胞骨架;*疱疹病毒;病毒复制中图分类号:R373文献标识码:A文章编1673-6273(2010)01-157-04Interactionbetweena-HerpesvirusandHostCytoskeleton*LIUChao,QIUYa-feng,MAZhi-yong(LaboratoryofVeterinaryPublicHealth,ShanghaiVeterinaryResearchInstitute,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Shanghai,200241,China)ABSTRACT:Replicationofa-herpesvirusinhostcellsundergoesseveralstepsincludingadsorptionofthehostcellmembranemembranefusion,penetrationandegress,DNAreplicationandcapsidassembly,envelopeformationandreleaseofmaturevirusparticles・Ithasevolvednumerousmechanismstoregulatehostcellsforefficientreplicationandspreading・Thecytoskeletonthatkcomposedofproteinfibers-microtubules,microfilamentsandintermediatefilamentsplaysanimportsntroleinthereplicationoa-herpesvirus.Itisinterestingtoknowhowa-herpesvirusutilizesthecytoskeletontofacilitatetheirreplication,andwhatrolethecytoskeletonplaysduringtheviruslifecycle.Inthisreview,wedescribedbrieflyanoverviewoftheinteractionbetween・herpesvirusandcytoskeleton,iswouldbeusefulindevelopmentofnewantiviralstrategies・Keywords:cytoskeleton;・herpesvirus;virusreplicationChineseLibraryClassification(CLC):R373Documentcode:AArticleID:1673-6273(2010)01-157-04原纤维(protofilament),13根原纤维组成屮空的圆柱形微管忆微管具冇特定的结构极性,即正极和负极，一般來说，微管的正*基金项目：国家自然科学基金青年基金项目(30700593)作者简介:刘超M983-),男，山东烟台人，硕士研究生，研究方向:动物病毒与宿主细胞的相互作用通讯作者:E-mail:zhiyongma@shvri.ac.cn(收稿日期:2009-11-21接受日期:2009-12-18)HUB细胞肯架(cytoskeleton)是真核细胞内的蛋白纤维网架体系，卞要成份包括微管(microtubule),微(microfilament)和中间纤维(intermediatefilament),它们不仅在维持细胞形态，保持细胞内部结构的有序性中起重要作用，而且参与细胞运动、物质运输、能量转换、信总传递利细胞凋亡⑴等生命活动，从而使细胞得以”安居乐业”。在病毒与宿主细胞相互作用的研究中发现，许多病毒能趣利用宿主细胞骨架来完成其复制周期。a-疱疹病毒屈于疱疹病密科的一个亚科,是一类较大的有囊膜的双股DNA病毒，主要包括人单纯疱疹病毒1型(herpessimplexvirus,HSV),水症带状疱疹病毒(varicella-zostervirus,VZV),猪伪狂犬病病毒(pseudorabiesvirus,PRV),牛疱疹病毒1型(bovineherpesvirus,BHV-1),马疱疹病毒1型(Equineherpesviruses,EHV-1)和淮马立克氏病病毒(Marek'sdiseasevirus,MDV)等「疱疹病毒同其它疱疹病毒一样，主耍由囊膜(envelope),被膜(tegument),衣壳(capsid)和核心(core)组成，病毒粒子在感染的宿主细胞核内复制和包装它们的DNA%因此,进入和离开宿主细胞核是病簿増殖利扩散的关键。而病毒粒子，是利用细胞的分子马达螢□(molecularmotorproteins)沿着宿主细胞骨架在细胞内运动的[3-8],本文主要概括描述了a-疱疹病毒作为宿主细胞内滋一个”旅客H如何利用宿主细胞骨架和相关的马达蛋白实坍其高效率的进出细胞从而完成病毒的复制周期的。1细胞骨架及其相关的马达蛋口(motors)1.1微管，动力蛋白(dynein)及驱动蛋白(kinesin)微管主要由微管蛋A(tubulin)构成，主要成分为a-微管蛋白和P-微管蛋白，二者通过非共价键结合形成异二聚体，异二聚体是构成微管的基木亚单位，异二聚体亚单位首尾相接形成极端朝向细胞质膜方向，而负极端朝向细胞核方向。 物质沿微管的定向运输由两类分子马达蛋白调控:沿正极定向运输的驱动蛋白和沿负极定向运输的动力蛋白。驱动蛋白是一类微管激活的ATP酶，可沿微管由负极端向正极端移动，在胞内物质运输屮具冇重要作用。在哺乳动物细胞屮，驱动蛋白超家族包括45个成员z,在神经细胞中，驱动蛋白己被证明沿着轴突的微管”轨道”负责快速轴突运输、线粒体快速移动、分泌小泡前体利各种轴突组成物运输到达神经末梢。动力蛋白是一个由972个亚基组成的蛋白质复合体，具冇ATP酶活性，可沿微管由正极端向负极端移动，为细胞内物质运输和纤毛运动提供动力。动力蛋口激活蛋D(dynactin河以增强动力蛋白的持续合成能力，并可与细胞内特定的运载蛋A(cargoproteins)相互作用叫然而，最近的研究发现，动力蛋口激活蛋白也参与驱动蛋白・2(kinesin・2)介导的物质运输冏。1.2微丝及肌球蛋白(myosin)微丝又称肌动蛋白纤维(actinfilament),主要成分为球形肌动蛋白(G-actin),球形肌动蛋H通过头尾相接的方式形成直径为7-9nm的微丝。微终也具有极性，在一定条件下,山肌动蛋口控制的正极端延长速度快于负极端表现为动力学不稳定性“叫物质沿微丝的运输主要山肌球蛋0(myosin)调控，肌球蛋口山--条或两条重链和--条或多条轻链组成"％与微管不同，肌球蛋白沿微丝运动不具冇方向性。沿着微丝正极端方向运动即朝向细胞膜方向的肌球蛋白如肌球蛋白I或V,携带物质到细胞外周，沿着负极端运动的肌球蛋白如肌球蛋HVI,可能还有IXb,朝着相反的方向运动w叫1.3中间纤维中间纤维直径约10nm,大小介于粗肌丝和细肌丝之间，主要山屮间纤维蛋白家族组成，化学成分包括角蛋白纤维(keratinfilament).神经元纤维(neurofilament).波形纤维(vimentinfilament).结蛋白纤维(desmin).核纤层蛋白(lamin)和巢蛋白(nestin)等叫中间纤维的装配分4步：(1)两个相邻亚基所对应的a螺旋的杆状区形成双股超螺旋结构，即二聚体。研究表明，二聚体中中间纤维蛋白平行排列，长度约为50nm；⑵由指向相反方向的超螺旋二聚体以半分子交错排列方式组装形成四聚体亚单位(tetramericsubunit),四聚体可能是屮间纤维解聚的最小亚单位;(3)由四聚体组装成平行的八聚体原纤维(protofilament)；确切方式不明，装配好的中间纤维具有多态性，故多见的是由8个四聚体或4个八聚体装配成为中间纤维，中间纤维的截面可由32个a-螺旋分子组成;(4)由八聚体原纤维通过超螺旋蛋白质侧面疏水的柑互作用组装成中空管状中间纤维叫组装的屮间纤维易弯曲但非常不易被打断。细胞内㈣，该病毒蛋口能够结合儿种宿主细胞受体，其中包括结合素(nectin),结合素能够通过激活肌动蛋白调节蛋白如Ras和RhoGTPases佝从而调节肌动蛋白细胞骨架的重排。在进入猪的三叉神经节神经元时，伪狂犬病病毒gD结合结合索，通过调整肌动蛋白来诱导突触结的形成⑷叫用Cdc42RhoGTPase抑制剂secramineA处理神经元，抑制神经元形成突触结，从而阻碍了病毒的进入。HSV,在进入能表达结合索的CHO细胞时，能够激活Cdc42和RhoA,从而能在细胞膜上形成一种丝状的突出。在进入MDCKII细胞时,HSV-1能够潴活Rac1/Cdc42信号通路，然而在表达Rac1/Cdc42突变笊MDCKII细胞中能够显著降低了HSV-1的感染性利然而,*疱疹病毒进入Vero细胞似乎不依赖于肌动蛋白的聚合(polymerization严却,因此,*疱疹病毒需要肌动蛋白笊聚合进入细胞具有细胞类型依赖性衢曲。2.2病毒进入宿主细胞核疱疹病毒等许多病毒粒子进入细胞核需要由微管及其及力蛋白的协助叫Sodeik等研究表明HSV-1衣壳在从细胞膜迄动到细胞核的过宿主细胞内的微管结合在一起,用破坯微管的药物能显著抑制病毒核衣壳进入细胞核冏。另外，在林外实验中发现HSV-1衣壳蛋白VP26、UL34、VP5及UL9蛋亡能够与动力黃白相互作用囚•叫尽管在感染细胞内它们之间笊相互作用还未被证实冏。缺少VP13/14、VP16及VP22等外祕膜蚩A(outertegumentprotein)的PRV进入宿主细胞时,病毒彳能正常运输到细胞核阿。2.3病毒核衣壳蛋白与宿主细胞骨架相互作用当疱疹病毒进入宿主细胞核内后，其DNA被转录、复制，然后组装形成新的衣浇。衣壳移动到核外缘在核膜以出芽的方式离开细胞核⑶旳。几种宿主细胞骨架成分参与这一过程。Feierbach等发现a-疱疹病毒感染能够诱导宿主细胞核人肌动蛋白纤维的形成鬥这可能是a-疱疹病毒感染的保守性特征,但是形成这种独待纤维的生物学意义冃前还不淸楚。PRV感染后，在感染的宿主细胞核内，其衣壳蛋白L肌动蛋白纤纽的肌球蛋白Va(myosinVa)共定位，表明PRV衣壳蛋白与核内肌动蛋白纤维可能存在相互作用。另外，冇研究表明，HSV・1愿染的宿主细胞核内，病毒衣壳泄向运动到核外缘是由肌动蛋£调控的。研究者用肌球蛋白抑制剂处理的细胞发现，病毒衣斎运动依赖于肌球蛋白，山此他们推测病毒衣壳的定向运动可確是由以肌动蛋口为施础的聚合作用来调控，或者是依靠肌动蛋H纤维作为运动路线^a-疱疹病毒衣芫从细胞核脱壳需要跨越内层核膜(inneinuclearmembrane,INM),内层核膜主要是由核纤层(lamins)和核纤层结合多肽(lamin-associatedpolypeptides,LAP)02*疱疹病毒复制与宿主细胞骨架的相互作用a-疱疹病毒增殖过程卞要包括病毒吸附宿卞细胞膜.膜融如LAP1和LAP2P等组成的中间纤维网络。研究表明，HSV-1感染能显著地影响内层核膜相关蛋口的重新定位，体外 US3蛋白激酶在感染的细胞内除了能破坏肌动蛋白应力纤维外，还能在细胞表而形成很长的包含肌动蛋口纤维和微管蛋口纤维的细胞突触(cellprojection),加特异性药物抑制这一过程能够降低病毒粒子在细胞间的扩散能力阿。在HSV・1和VZV感染的细胞中也发现了相似的细胞突触，这些细胞骨架的重排是否是由于US3蛋白激酶类似物所引起还不清楚140叫2.5病毒粒子成分中含冇细胞骨架成分有研究表明F-actin被整合于野生型PRV病毒粒子中糾，然而在缺失US3、UL47和UL49蛋口时含量尤为丰富,这些发现意味着肌动蛋白在病毒粒子装配和出芽过程中能够从结构上互补特定的皮层黃白(tegumentprotein)的缺失®性利用低温电子断层扫描技术发现分离的HSV病毒粒子被膜区内也发现薄的细丝(40nm长,7nm宽),研究者认为是F-actin^电子X线断层摄影术发现新生的HSV病毒核衣壳通过包含肌动赍白或者核纤层的纤维在内层核膜上发生囊膜化购。3结语a・疱疹病毒进入宿主细胞完成自身的复制需要依赖于宿主细胞骨架。为了完成这些过程，病莓必须结合于细胞质利细胞核内特定的•马达蛋白，从而有利于将病毒定向运送到宿主细胞特定的位置。当然还冇很多问题未阐明，如疱疹病毒的哪一个蛋白直接或间接与马达蛋白相互作用？疱疹病毒在感染的过程中是如何定位到不同的位置的？在成熟疱疹病毒粒子屮发现的细胞肯架组分的功能如何？等等一系列问题亟待研究者们來攻克，这将有助于深入了解疱疹病毒与宿主细胞之间的相互作用，为开发新的抗病毒药物提供可能的依据。参考文献(References)[1]Ndozangue-Touriguine0,HamelinJtBreardJ.Cytoskeletonandapoptosis[J].BiochemPharmacol,200876:11-18[2]Roizman,B.,andP.E.Pellet.2001.ThefamilyHerpesviridae:abriefintroduction.InD.M.Knipe,P.M.Howley,D.E.Griffin,R.A.Lamb,M.A.Martin,B.Roizman,andS.E.Straus(ed.)tFieldsvirology,4thed.LippincottWilliams&Wilkins,Philadelphia,PA[3]Cudmore,S.,Reckmann,I.,andWay,M・Viralmanipulationsoftheactincytoskeleton[J].TrendsMicrobiol,1997,5:142-148[4]Sodeik,B.Mechanismsofviraltransportinthecytoplasm[J],TrendsMicrobiol,2000,8:465-472⑸Ploubidou,A.,andWay,M.Viraltransportandthecytoskeleton[J]・CurrOpinCellBiol,2001,13:97-105[6]Smith,GA,andEnquist,L.W.Breakinsandbreakouts:viralinteractionswiththecytoskeletonofmammaliancells[J].AnnuRevCellDevBiol,2002,18:135-161[7]DHhner,K.,Nagel,andSodeik,B.Viralstop-and-goalongmicrotubules:takingaridewithdyneinandkinesins[J].TrendsMicrobiol,2005,13:320-327[8]Smith,A.E.,andHelenius,A.Howvirusesenteranimalcells[J].Science,2004,304:237-242[9]翟中和，王喜忠，丁明孝.细胞生物学[M].北京：高等教育出版社，2000ZhaiZhong-he,WangXi-zhong,DingMing-xiaoetal.CellBiology[M].Beijing:HigherEducationPress,2000[10]Miki,H.,Y.Okada,andN.Hirokawa.Analysisofthekinesinsuperfamily:insightsintostructureandfunction[J].TrendsCellBiol,2005,15:467-476[11]Vale,R.D.Themolecularmotortoolboxforintracellulartransport[J].Cell,2003,"2:467-480[12]Deacon,S.W.,Serpinskaya,A.S.,Vaughan,P.S.,etal.Dynactini$requiredforbidirectionalorganelletransport[J].JCellBiol,2003,160:297-301[13]Pollard,T.D.,andBorisy,G.G.Cellularmotilitydrivenbyassemblyanddisassemblyofactinfilaments[J].Cell,2003,112:453-465[14]Winder,S.J.,andAyscough,K.R.Actin-bindingproteins[J].JCellSci,2005,118:651-654[15]Kieke,M.C.,andTitus,MA2003,Themyosinsuperfamily:aroverview[M].InMolecularMotors.Schliwa,M.(ed.).WeinheimWiley-VCH-Verlag,pp.3-44[16]Krendel,M.,andMooseker,M.S.Myosins:tails(andheads)functionaldiversity[J].Physiology,2005,20:239-251[17]Cole?N.L.,andC.Grose.Membranefusionmediatedbyherpesvirusglycoproteins:theparadigmofvaricella-zostervirus[J].Rev.MedVirol,2003,13:207-222[18]Sakisaka,T.,W.Ikeda,H.Ogita,N.Fujita,andY.Takai.Theroleso’nectinsincelladhesions:cooperationwithothercelladhesiormoleculesandgrowthfactorreceptors[J].Curr.Opin.CellBiol.2007,19:593-602[19]DeRegge,N.,H.J.Nauwynck,K.Geenen,etal.AlphaherpesvirujglycoproteinDinteractionwithsensoryneuronstriggersformationovaricositiesthatserveasvirusexitsites[J].J.CellBiol,2006,174:267-275[20]Clement,C.,V.Tiwari,P.M.Scanlan,T.Valyi-Nagy,etal.Anovelroleforphagocytosis-likeuptakeinherpessimplexvirusentry[J].JCellBiol,2006,174:1009-1021[21]Hoppe,S.,M.Schelhaas,V.Jaeger,etal.Earlyherpessimplexvirustype1infectionisdependentonregulatedRac1/Cdc42signallingirepithelialMDCKIIcells[J].J.Gen.Virol,2006,87:3483-3494[22]Sodeik,B.etal.Microtubule-mediatedtransportofincomingherpe$simplexvirus1capsidstothenucleus[J].J.CellBiol,1997,136:1007-1021[23]Rue,CAandRyan,P.AroleforglycoproteinCinpseudorabie$virusentrythatisindependentofvirusattachmenttoheparansulfateandwhichinvolvestheactincytoskeleton[J].Virology,2003,307:12-21[24]FavoreelHW,EnquistLW,FeierbachB.ActinandRhoGTPasesirherpesvirusbiology[J].2007,15:426-33[25]Granzow,H.,B.G.Klupp,andT.C.Mettenleiter.Entryo,pseudorabiesvirus:animmunogold-labelingstudy[J].J.Virol,2005,79:3200-3205[26]Douglas,M.W.rR.J.Diefenbach,F.L.Homa,etal.Herpessimple>virustype1capsidproteinVP26interactswithdyneinlightchainsRP3andTctexlandplaysaroleinretrogradecellulartransport[J].JBiol.Chem.2004.279:28522-28530[27]Reynolds,A.E.,E.G.Wills,R.J.Roller,etal.Ultrastructurallocalizationoftheherpessimplexvirustype1UL31,UL34,andUS3proteinssuggestsspecificrolesinprimaryenvelopmentandegressof 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