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TUhjnbcbe - 2023/8/18 21:41:00
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在世人眼中,病*很小、很简单。论大小,病*之于细菌,如同人类仰望巨人,不在一个数量级。论结构,一条核酸,外加一个蛋白质外壳就构成了病*的主体,它们没有自己的代谢机构,没有酶系统,衣壳都靠宿主“代工”合成(图1)。

然而,近年来发现的巨型病*颠覆了传统认知,也引起了学术界的兴趣,它们的体量更大,基因组更复杂,结构特征也非常独特。

最近,意大利那不勒斯费德里克二世大学的AnnaNotaro等研究发现,巨病*中的拟菌病*(Mimivirus)衣壳外表面含有两种不同多糖组成的糖萼,这与以往认为病*中没有这种大分子的看法相矛盾,这一发现模糊了巨型病*和细胞世界之间的界限,并在病*糖生物学领域开辟了新的途径。

对于普通病*(如Ebola、HIV)而言,通过寡糖修饰其衣壳蛋白时,寡糖完全由宿主糖基化,且一般不编码糖基化过程所需的任何蛋白质,“穿衣”靠宿主的意图明显。

然而,巨型病*不同,以往通过对一种巨型病*—草履虫小球藻病*(PBCV-1)的研究发现,其含有一组复杂的糖相关基因,能够编码大多数衣壳蛋白糖基化所需的酶。人们因此推测,巨型病*不仅个头大,自力更生的能力也更强。

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AnnaNotaro团队也对此推测感兴趣,他们以拟菌病*(Mimivirus)为模式生物进行研究。拟菌病*直径nm,其二十面体衣壳被一层厚约nm长的纤维覆盖,类似于枯草芽孢杆菌(BacillusSubtilis)的糖萼,有趣的是,拟菌病*(Mimivirus)的体量也接近枯草芽孢杆菌,于是出现了病*可以“平视”细菌的奇迹。

这一观察结果引发了一种假设,即巨型病*的纤维可能是高度糖基化的,为验证这一假设,他们对纤维的结构进行了研究,以期将纤维的表型与其化学性质联系起来。

他们将人工分离出纤维的拟菌病*(Mimivirus)和本来的拟菌病*(Mimivirus)纤维缺陷突变体比较,两者实验结果类似,证明多糖附着在拟菌病*(Mimivirus)纤维上。

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为了进一步解析多糖的结构,他们对完整的纤维进行了核磁共振分析(图3)。结果显示,多糖1(Poly1)是由鼠李糖(C)和N-乙酰氨基葡萄糖(D)以线性重复单元排列而成;而多糖2(poly2)具有分支重复单元,有鼠李糖(单元A或A)和N-乙酰-葡糖胺(B)双糖重复序列的骨架。最后,通过比较代表poly1的丙酮酸(1.47ppm)与甲基(1.24ppm)核磁信号积分确定poly1:poly2比例为1:3.1。

他们对两种多糖进行纯化和分子量测定。通过阴离子交换层析分离显示,Poly1是酸性多糖,Poly2是无电离基团的多糖。他们用分子筛层析法测定其相对分子质量(MW)之后发现纯化后的多糖具有较高的MW。

研究结果表明,Poly1共价连接到至少一种载体蛋白上。根据Poly1的结论以及Poly2只有重复蛋白酶消化才能提高纯度的证据,推测Poly2也是共价连接到载体蛋白上的(图4)。

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最后,他们进行完整纤维和纯化后纤维的蛋白质组学分析。通过软件分析,他们推测L/L很可能是这两种多糖中的一种载体。同时也不能完全排除其他三种蛋白(L、R、L)或L/L的糖基化在其它未检测到的)位置。

此外,N-和O-糖基化都可能发生在非标准位置,对于任何可用的软件都是不可见的,因此下一步还需要额外的工作来解决与糖基化模式相关的挑战,并精确地阐明纤维的结构网络结构和组成。

在这项研究中,AnnaNotaro等人通过核磁分析、化学分离、电泳分析等方法阐明了拟菌病*(Mimivirus)原纤维的性质。证明该病*用多糖包裹其表面,而不像以往报道的那样,所有病*都用中等长度的寡糖包裹。

这一发现打破了病*中不存在此类大分子的教条,“大块头有大智慧”,巨型病*的糖基化模式是尚未广泛深入研究的方面,通过对它们的糖基化“铠甲”的研究,启发人们对其“成衣”方式(特异性糖基转移酶、多糖合成途径和进化)的思考。

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