研究人员使用激光驱动的“光学镊子”揭示了病毒用于将其DNA包装成感染性颗粒的通用运动机制。
这项研究以预印本的形式发表在《eLife》杂志上，被编辑们描述为一项基础研究，它可能会改变我们对病毒DNA马达如何工作以及马达复合体中单个蛋白质的确切作用的理解。他们补充说，实验为该研究的结论提供了令人信服的证据。
许多病毒，包括那些影响人类的疱疹病毒，使用由一种叫做ATP的分子驱动的微小马达，将它们的遗传物质包装到预先组装好的叫做原壳体的壳中。了解这些马达的工作原理不仅对抗病毒药物的设计很重要，而且还揭示了适用于细胞内其他类型马达的一般马达机制。
光镊是一种使用激光来保持和移动亚微观粒子的方法。它们最初是由亚瑟·阿什金(Arthur Ashkin)开发的，他后来因这一创新在2018年获得了诺贝尔物理学奖。这些镊子允许对DNA马达进行更详细的研究，包括被称为端酶的关键成分酶的作用。然而，关于马达与DNA相互作用的本质，仍有许多有待了解的地方，例如马达如何抓住DNA，以及是什么原因导致马达暂停或滑动。
“研究表明，ATP结合导致DNA马达抓住DNA, ATP分解成ADP允许其释放，”第一作者布兰登·罗森说，他是美国加州大学圣地亚哥分校物理系的学生
“为了更详细地探索这种相互作用，我们之前开发了一种改进的光学镊子方法来研究一种叫做噬菌体T4的细菌病毒的马达，它含有一种叫做TerL的马达蛋白，并表明ATP不仅触发TerL抓住DNA，而且在滑动过程中控制马达和DNA之间的摩擦。在这项研究中，我们将其扩展到包含TerL和较少了解的成分蛋白ter的运动复合体，以了解它们如何共同控制病毒基因组包装。”
研究小组研究了包含TerL和ter的基因组包装马达，这些TerL和ter来自一种叫做噬菌体lambda的细菌病毒，它使用与人类疱疹病毒相似的包装过程。当这些病毒复制时，它们会产生多个相互连接的基因组拷贝，然后需要将它们剪开，并将每个基因组分开包装。
病毒这样做的一种方式被称为“单位长度”基因组包装。简而言之，当TerS亚基在基因组中遇到一个叫做cos的特定位点时，它就会开始包装。然后，TerL切割基因组并将包装(DNA易位)驱动到原衣壳中，直到遇到另一个cos位点。在这一点上，马达停止，TerL切割DNA，释放包装的颗粒。虽然已知TerL在易位和终止阶段的作用，但TerL是否在易位过程中发挥作用尚不清楚。
通过在同一个实验中研究TerL和TerL作为功能马达，研究小组注意到，即使在没有ATP可用的情况下，在TerL和TerL存在的情况下，也会有更频繁的DNA抓握和更高的马达-DNA摩擦。在以前的实验中，只有TerL存在时，没有观察到这一点。
当加入ATP或ADP时，这进一步增加了夹持和摩擦，表明电机- dna相互作用的两种机制-核苷酸依赖性和核苷酸非依赖性。当ATP与马达结合时，DNA的吸附作用最强，当ADP与马达结合时，DNA的吸附作用较弱，而当没有核苷酸结合时，DNA的吸附作用最弱。
在之前对T4噬菌体的研究中，研究小组还发现了一种DNA“末端钳”，可以防止整个DNA分子在包装过程中向后滑出原衣壳。在这项研究中，他们发现lambda噬菌体具有这种机制。如果DNA滑到完全脱落的程度，即使没有ATP存在，它的末端也会被抓住，无法与原衣壳分离。
“我们目前的研究，建立在对使用不同包装机制的病毒的研究基础上，揭示了终端酶马达的普遍特征，并提出了保守的TerS亚基在DNA包装过程中的作用，”资深作者Douglas Smith说，他是加州大学圣地亚哥分校的物理学教授。
“这些发现支持了TerL蛋白传递的终止酶运动功能的保守的通用机制，但也强调了系统之间的关键区别-在含有ter的马达中更频繁的DNA抓握，这表明ter的功能是滑动钳。”独立的端夹机构也提高了包装的效率，并且可能相当于在包装开始时形成的复合物，这意味着我们的方法可以为探索影响该复合物稳定性的因素提供途径。”
