文摘
古细菌病毒代表最著名的领土之一的病毒宇宙和对他们的脂质所知甚少。基于当前的知识,然而,似乎,在其他病毒,古细菌病毒脂质膜主要是纳入居住作为外层信封或膜内一个二十面体衣壳。膜收购机制似乎类似于病毒感染其他宿主生物体。也有迹象表明一些蛋白质的热点病毒脂质修改。进一步研究脂质在古细菌病毒的特征以及他们的角色在组装和传染性病毒粒子不仅需要高纯度的病毒材料同时,例如,不断评估新兴技术的适应性分析。生物膜中含有蛋白质和细胞膜的热点病毒也不是一个例外。古细菌病毒作为相对简单的系统可以作为优秀的工具为研究古细菌细胞膜的脂质蛋白相互作用。
1。介绍
病毒是专性寄生虫。他们的标志是病毒,传染性粒子的蛋白质,使壳体化病毒基因组。然而,许多病毒,还含有脂类作为基本组件的病毒粒子(1]。大多数的病毒脂质膜中发现,但病毒蛋白质与脂质(也可以修改2,3]。
1.1。宇宙膜含有病毒的病毒
膜含有病毒大致可以分为两个子类(1]。第一个子类包含病毒的膜,也被称为一个信封,是最外层的病毒粒子。在第二个类的病毒,通常二十面体下面的膜蛋白质衣壳。一些病毒同时包含内膜以及一个信封(1]。脂质膜的病毒已经进化成病毒粒子的基本组件,在许多情况下,似乎参与感染的初始阶段(4- - - - - -6]。大多数膜含有病毒感染动物脊椎动物和无脊椎动物,没有细胞壁周围的细胞质膜。等其他宿主生物植物和原核生物有更少的膜含有已知病毒(1]。通常这些生物体的细胞覆盖着细胞壁。到目前为止大多数的已知病毒感染原核生物,也就是说,(噬菌体),细菌以及古生菌(古细菌病毒)属于订单Caudovirales,跟踪病毒(图1)[1,7]。这些病毒是由二十面体组织的头和一条螺旋尾巴。跟踪病毒通常不包含一个膜,虽然有一些早期的报告跟踪mycobacteriophages含有脂质(8,9]。病毒蛋白质与脂质(也可以修改3),有一些迹象表明,蛋白质的热点病毒也可能包含脂质修改(10]。因为很少有人了解古细菌病毒蛋白质的脂质修改,本文将主要集中在古细菌病毒的膜脂质。
1.2。病毒如何获得膜?
Viral-encoded基因可能参与脂质修饰等大型真核病毒中发现了米米病毒(11),草履虫bursaria小球藻病毒1 (PBCV-1) [12]。然而,在原核的病毒,目前还没有公认为脂质代谢基因编码组件,但是原核的病毒的膜主要是来自宿主细胞质膜(13,14]。包膜病毒获得膜在萌芽中,也就是说,出口的病毒颗粒细胞没有扰乱细胞膜完整性(15]。原核的内部膜病毒被认为是获得特定的主机补丁包含病毒膜蛋白和胞质膜力学上类似于网格蛋白涂层的形成坑(6,16- - - - - -18]。因此,包膜病毒经常退出细胞没有消散,而通常包含膜内的病毒衣壳溶解细胞。可以指出至少有一个例外。原核的脂质包含病毒包含一个信封,但其感染周期结束的裂解宿主细胞(19,20.]。
正如上面提到的,病毒膜往往参与感染的初始阶段。特别是的包膜病毒蛋白质负责主机识别(峰值或融合蛋白)通常包含在信封。在某些时候经常多相输入过程中,病毒囊膜与宿主细胞膜融合内容释放到细胞(4,5]。中包含的病毒衣壳内的膜,膜的参与的入口已被证明噬菌体PRD1。受体识别后,富含蛋白质膜形成管状结构的DNA进入细胞细胞质(21- - - - - -23]。然而这样的管状结构,并不是由包含膜内的所有原核的二十面体病毒衣壳(24- - - - - -28]。海洋细菌感染的噬菌体PM2Pseudoalteromonas,融合病毒与宿主内膜外膜的建议(29日]。同样的,融合的硫化叶菌的二十面体病毒(STIV)膜的细胞质膜美国solfataricus建议(30.]。除了功能的病毒,病毒的内膜,加上病毒膜蛋白,作为衣壳蛋白支架总成(18,26,31日]。
2。分析病毒膜
我们如何知道一个膜病毒结构的一部分吗?氯仿治疗可以作为筛查病毒膜的第一步:病毒的传染性通常是大大减少如果病毒粒子包含膜(32- - - - - -34]。不过,氯仿处理可以废除的传染性病毒粒子,没有被报道含有脂质(35),因此总是需要进一步的研究。低脂质膜的浮力密度也是一个指标在病毒粒子6,36]。苏丹黑B可用于染色的聚丙烯酰胺凝胶含有病毒粒子分离蛋白质和脂质(10,37]。尽管苏丹黑B不是完全特定的脂质,阳性染色表明存在的脂质膜在高纯度的病毒材料也显示如果推定地一些病毒蛋白脂质修改(10]。进一步证明存在的脂质膜和分析其不同的组件可以通过技术也用于分析宿主细胞的膜的脂类,例如,薄层色谱法(TLC)、质谱(如电喷雾电离质),和核磁共振(NMR)38,39]。脂质必须获得高纯度的病毒材料(10,40,41)或从不同的病毒粒子的分离组件(28,42)作为通常很难单独的病毒粒子膜囊泡的起源。
3所示。古细菌脂质
由于古细菌病毒的膜脂质来源于宿主脂质池,分析主机脂质是脂质分析的一个重要组成部分的病毒。古细菌脂质,截然不同的细菌和真核细胞膜:而不是基于甘油二酯的脂质核心热点磷脂的脂质是最常见的二醚diphytanylglycerol [43,44]。古细菌脂质可分为两大王国的古生菌。原油的概括,一个可以说haloarchaeal细胞膜主要由bilayer-forming二醚脂质,而膜的热点嗜热微生物在很大程度上是由四醚脂质形成单层膜(38,45,46]。和其他生物一样,磷脂是古细菌细胞膜的主要成分。在嗜盐古生菌,大约10%的总脂质中性脂质如bacterioruberin [38]。haloarchaeal的主要核心结构脂质包括archaeol, 2,新型双-O-phytanyl -sn -甘油与C20.类异戊二烯链(38,43]。的一个主要油脂等极端嗜热古菌硫化叶菌sp.是大环的四醚脂质caldarchaeol [46- - - - - -48]。脂质膜的成分修改根据环境条件在所有生物,和古生菌也不是一个例外38,45,47,49]。
一些古细菌蛋白质是已知的要修改的类异戊二烯衍生品(2,60- - - - - -62年),和结构分析显示一个修改的diphytanylglyceryl甲基硫醚脂质蛋白(61年]。修改的Haloferax volcaniiS-layer未知结构的蛋白质与脂质被证明是至关重要的成熟蛋白(62年]。
4所示。古细菌膜含有病毒
我们所知的热点病毒是稀缺的,但对他们的脂质所知甚少。已知的古细菌膜含有病毒表中列出1。尤其是crenarchaeal病毒感染嗜热或hyperthermophilic主机是很难生产的数量足够高的仔细分析膜脂质由传统方法(例如,58])。
4.1。Crenarchaeal病毒
脂质膜的存在为二十面体crenarchaeal病毒STIV和已报告硫化叶菌的二十面体病毒2 (STIV2),丝状病毒Acidianus丝状病毒1 (AFV-1),硫化叶菌islandicus丝状病毒(SIFV)Thermoproteus tenax纺锤状病毒1 (TTV1)硫化叶菌tengchongensis纺锤状病毒1 (STSV1),球形病毒Pyrobaculum球形病毒(PSV;表1)。的Acidianus状病毒(酒精)病毒粒子被报道含有9 nm厚的信封(63年]。这个信封的脂质性质,然而,还没有报道,估计9纳米厚度超过平常的膜古生菌(28,58,64年,65年]。
纺锤状病毒等硫化叶菌纺锤状病毒1 (SSV1)的家庭Fuselloviridae很有趣,因为病毒粒子的浮力密度相同的范围在这些病毒粒子包含膜(1.24克/厘米吗3在中海),病毒粒子对氯仿(敏感66年]。据报道,“10%的病毒粒子SSV-1信封包含主机脂质”(67年),但没有进一步的膜进行了研究。这可能表明,一些其他类型的脂质成分脂质膜存在。
家族成员之间的情况Lipothrixviridae也令人困惑,因为这些病毒被定义为杆状病毒包含一个信封。家庭是进一步分为属α-,β-,γ-,Deltalipothrixvirus根据具体结构参与主机连接位于病毒粒子结束(68年]。据报道,信封包含病毒蛋白和宿主衍生脂质(68年]。脂质包膜的存在已被证实为alphalipothrixvirus TTV1 [51),betalipothrixvirus SIFV, gammalipothrixvirus AFV-1 [53]。然而,没有证据表明脂质膜的种类的类型Deltalipothrixvirus属,Acidianus丝状病毒2 (AFV-2),可以发现(69年]。
进一步分析使用薄层色谱法(TLC)已经报道了AFV1 [53],SIFV [54],STSV1 [59],埃因霍温(50]。的脂质成分STIV电喷雾质谱分析了使用(70年]。总之,它可以显示一般crenarchaeal病毒的脂质得到从主机脂质池,但是一些脂质物种被发现是定量和定性不同主机脂质(50,53,54]。虽然病毒脂质被认为是来源于宿主细胞膜脂质,它被修改建议他们来自主机脂质(53)和可能由病毒编码的酶装置(50]。因为没有这种酶装置被描述在原核更不用说古细菌病毒,目前更可能的解释的差异是一个强大的选择一些小的脂质种类的主机。最近的研究在组装STIV使用低温电子断层扫描表明,病毒膜新创在宿主细胞而不是由于膜内陷(31日,71年]。至少在理论上,这将允许的可能性有病毒酶机械脂质负责修改。STIV及其主机的比较脂质分析美国solfataricus然而,显示病毒脂质包括主机脂类的族群,但在不同比例70年]。
4.2。Euryarchaeal病毒
在euryarchaeal病毒中,二十面体SH1和Haloarcula hispanica二十面体病毒2 (HHIV-2)病毒粒子有一层膜(40,42,72年)和多形性病毒膜包含一个信封(10,34,36,41]。
SH1是第一个二十面体病毒特征在haloarchaea [33]。相当复杂的蛋白质衣壳,内部有一个脂质膜封闭约31 kb线性双链DNA基因组(ds) (28,40,42]。细胞膜的主要蛋白质成分是大约10 kDa VP12, SH1病毒粒子的一个主要的结构蛋白(42]。虽然没有详细的研究报告SH1的组装步骤,在病毒粒子结构相似性PRD1表明类似的装配路径(28,40,42]。因此,它很可能是病毒衣壳和内膜的帮助下组装膜蛋白和基因组是打包成这些空的粒子(原壳体)在细胞的裂解28,33,40,42,73年]。质谱分析SH1脂质透露主要热点磷脂种类的phosphatidylglycerol (PG)、甲基酯的phosphatidylglycerophosphate (PGP-Me)和硫酸phosphatidylglycerol(后卫)。PGP-Me的比例,然而,在SH1高于主机Haloarcula hispanica(40]。定量分离的研究SH1允许可溶性的病毒粒子分离成各种馏分,衣壳蛋白和脂质核心粒子(LC)由相同的磷脂类和在相同的比例作为完整的病毒粒子确认内膜的存在(42]。苏丹黑B染色是用来显示存在的脂质高纯度HHIV-2病毒粒子(72年]。低温电子显微镜(低温电子显微镜)和图像重建SH1粒子显示如PRD1 [74年]和STIV [25]SH1遵循的内在膜衣壳和膜的形状是高度弯曲在五倍顶点有明显的跨膜复杂可能包含VP2蛋白(28]。
Haloarchaeal多形性病毒是一种新病毒粒子群病毒具有相对简单的架构(10,34,36,41,56,73年,75年]。基因组(单链或双链DNA)封闭在一个膜泡来自主机膜(10,34,41]。有两种主要的结构蛋白,更大的蛋白质(约50 kDa大小)大多暴露和c端固定在膜(10,41]。这个更大的蛋白质是N-glycosylated HRPV-1 [41,76年),在HGPV-1它与苏丹黑B[污渍10]表明脂质修改。较小的结构蛋白(大约10到14.5 kDa)预计将包含多个转移膜域(10,34,41]。新的子代病毒从受感染细胞释放不溶菌作用[10,34,36]。因此,病毒囊膜是最有可能获得的初露头角的网站包含病毒的宿主细胞质膜的膜蛋白和基因组10,34,36]。详细的事件序列和病毒和宿主蛋白质将是未来研究的主题。目前,集团haloarchaeal多形性病毒由七个成员组成:Halorubrum多形性病毒1、2、3和6 (HRPV-1, HRPV-2、HRPV-3 HRPV-6),分别为(10,34,56),Haloarcula hispanica多形性病毒1 (HHPV-1) [36),而Halogeometricumsp.多形性病毒1 (HGPV-1) [56]。此外,His2 [55),第二个属的成员Salterprovirus,建议属于多形性病毒(10,75年]。脂质薄层色谱或质谱分析的高纯度的病毒材料表明,脂类的构成是类似于宿主(10,34,41]。病毒感染的脂质Halorubrumsp.主机由古细菌的主要形式的PG, PGP-Me,和后卫,而在Halogeometricumsp.后卫不见了在宿主体内脂类和脂类的HGPV-1 [10,41,77年]。苏丹黑B HGPV-1和His2蛋白质的染色显示,一些主要的结构蛋白也可能是脂质修改(10]。
研究不同形态类型的脂质包含haloarchaeal病毒也允许比例的差异的比较合并脂质。例如,隔离和表征Haloarcula hispanica多形性病毒1 (HHPV-1) [36)允许比较脂质成分的差异之间的一个二十面体膜含有病毒SH1and笼罩,多形性HHPV-1感染相同的主机,哈尔。hispanica(图2)。比较表明,脂质成分的多形性病毒HHPV-1信封是更类似于主人的脂质膜比SH1(图2)[36]。这可能是内膜曲率解释为约束条件,提出了在选择脂质SH1因此表明SH1能够有选择地获取从宿主细胞膜脂质36,73年]。不同脂质有不同的形状,因此可以在不同位置的弯曲膜(14,78年]。众所周知,不同的膜蛋白吸引不同类型的脂质(79年),这将是非常有趣的,以确定哪些病毒蛋白参与这个过程。
5。结束语
脂质包含古细菌病毒的研究仍处于起步阶段。脂类的存在和表征的性质已被证明对一些热点病毒(10,25,34,36,40- - - - - -42,50,51,53,54,58,59,70年]。更深的理解他们的角色在病毒生物学主要是失踪。这部分问题可以分配给一个无法产生足够的材料足够高的纯度。这部分问题是由于缺少技术与那些发达的脂质研究细菌和真核生物。脂质研究,因为许多其他领域的研究,从全面表征的系统研究。鉴定病毒的生命周期,研究其不同的步骤使用电子显微镜的尖端技术,例如,补充使用生化和基因方法获得的信息(25,28,31日,40,42]。整个病毒粒子的例子由结晶膜含有噬菌体PRD1 [74年,80年]和PM2 [26]表明脂质膜的不同观点的价值。研究发现该小说viral-encoded基因参与脂质修改是受到这样一个事实:大量的预测古细菌病毒基因含量没有同系物的数据基础。更系统化的方法基因的克隆和表达分析以及结晶的基因产物可用于筛查感兴趣的功能。
古细菌脂质独特的化学、物理、结构和生物属性。他们不仅可以欣赏的复杂性和可变性,但随着材料适应极端条件下,他们可以被认为是独特的生物技术应用为极端条件下设计的。archaeosomes由haloarchaeal的主要磷脂膜之一,古细菌形式的甲酯phophatidylglycerophosphate (PGP-Me),例如,已被证明是优秀的稳定性和低渗透在高盐条件下(81年]。类似的研究结果报道archaeosomes由嗜热脂肪的性能在很大的温度范围内(65年]。虽然古细菌病毒来自主机的脂类脂质,它们可以存在于不同的比例和选择机制必须由病毒组件。许多膜包含古细菌病毒的简单可以利用在研究古细菌细胞膜的protein-lipid相互作用机制。
确认
这项工作得到了赫尔辛基大学三年(2010 - 2012)授予大肠Roine和学院教授资助(芬兰科学院)授予对d·h·Bamford的256197年和256518年。