分子病毒学-第l六章-病毒装配成熟释放
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(-) strand RNA viruses
2:它们包装进入衣壳需要特定机制： （-）RNA病毒的转录酶RNA-dependent RNA polymerase必须以非共价键与基因组或结构蛋白相互 作用被包装进去，进入宿主后才可独立发挥作用
第四步
获得包膜
1. 有的病毒（如 疱疹病毒）是在细胞核中进行装配，所 以它们出核膜时就会获得一层包膜；
支架蛋白
门户蛋白
• Fig.p72
前衣壳到变成成熟的衣壳需要一定病毒编码的蛋白水解酶（成熟蛋白酶）的参与， 将一些前衣壳中的蛋白进行酶切，会导致衣壳结构发生微小的改变或稳定性发生微 弱改变，这个过程中伴随着基因组的进入。
单纯疱疹病毒DNA基因组的包装
长独特区
短独特区
重复序列α中含有包装信号序列（ pac1, pac2 ）, 重复序列α在基因组上由多个拷贝（短独特区US只有一个拷贝） 单纯疱疹病毒基因组复制是形成多拷贝的基因组头尾相连的多连体DNA 基因组包装信号（ pac1, pac2 ）位于基因组末端重复序列α中。两侧还有正向 重复序列（DR）是切割位点
•
获得包膜
机制二：反转录病毒，装配和获得衣壳及出芽在时空上是同时的（coincident）.
反转录病毒装配和包膜的获得及出 芽释放
囊膜 膜上的跨膜糖蛋白
衣壳 基因组
第五步
病毒释放
除植物病毒要设法突破植物细胞壁的障碍外，其它病毒从 宿主中释放一般采用的机制有： ------裂解细胞： (most non-enveloped viruses), 宿主细胞完全破 裂，病毒出来（噬菌体）---嗜菌斑 细胞空斑 -----出芽：(Enveloped viruses）---病毒粒子释放时在细胞膜胞 质侧向外顶出形成芽状（细胞膜包裹着病毒粒子），离开 细胞时就可以 获得相应的囊膜， ------运输泡: 病毒在释放前先进入一个胞外运输泡 （intracellular vesicle ），再通过细胞运输泡系统运出到胞 外。
以TMV为例： 衣壳的装配围绕基因组进行
1. 衣壳蛋白首先形成一个盘状结构,由17个亚单位
（ subunits，capsomers，衣壳粒）组成 2. 合成好的基因组RNA被捕获到盘状结构的中心，挂在盘子
的“内壁”上（基因组内部的一个位点与内壁结合）；
3. 以盘状结构为中心，向两个方向延伸，堆积结构单元，延 长杆状结构 4. 延长过程中，RNA基因组从上下两个方向分别不断被拉 伸进入螺旋结构的内壁
参与病毒组装的辅助成分
- Cellular and Viral proteins
参与病毒组装的细胞辅助成分
- Cellular and Viral proteins
分子伴侣
参与病毒组装的病毒辅助成分
- Cellular and Viral proteins
分子伴侣
支架蛋白
病毒支架蛋白 Scaffolding Protein • 是病毒装配必须成分 • 支架蛋白：参与核衣壳或衣壳的装配，但后 来又被移除，所以这类蛋白称为支架蛋白。 举例 -VP22a , HSV-1
2. 其它包膜病毒衣壳装配可以发生在胞质中，有的如HIV 发生在包膜上，所以可以从内质网膜或细胞膜上获得包膜 结构.
注意：
这些脂膜上必须有病毒编码的糖蛋 白—后期表达蛋白，在高尔基体上 修饰后，随着液泡系运输到膜系中
病毒包膜中的糖蛋白的形成和转运
跨膜蛋白是在粗面内 质网上合成：当在核 糖体上合成出来就插
衣壳向两个方向延伸 基因组的两端也贴着 衣壳内壁，向两个方 向延伸，嵌合在衣壳 内壁中 盘状结构（起始结构） 3 5 上
下
合成好的 基因组 RNA
特定序列
TMV assembly
二十面体球状衣壳和基因组的组装
外壳先装配，基因组再插入 1 结构单元（ capsomer subunits）围绕着支架蛋白 （ scaffolding protein）进行初级组装成前衣壳 （ procapsid） 2 支架蛋白被从衣壳中移除（再利用），形成一个中空衣壳。
HSV：Herpesviruses在核内包装，穿过核膜时的出芽（在核膜上获得包 膜），在内质网上和高尔基体形成运输泡（A)，还可能是从核膜上获得包 膜又被溶解，经过高尔基体时获得包膜，被运输泡运出去。
Release of Enveloped Viruses
流感病毒释放时包膜上的神经氨酸酶的作用
神经氨酸酶（NA 蛋白）具 有酶的活性，作为唾液酸 糖苷酶，清除病毒颗粒表 面糖蛋白上及感染细胞表 面的唾液酸，防止病毒粒 子的聚集，以及有助于病 毒粒子的释放 NA与HA（血凝素）是流感 病毒亚型分型的重要指标
华中师范大学生科院
分子病毒学
《Molecular Virology》
目录
第一章 概论 第二章 病毒的形态结构 第三章 病毒吸附宿主及内化过程 第四章 病毒的基因组复制 第五章 病毒基因的表达 第六章 病毒装配和释放 第七章 病毒感染与机体抗病毒免疫 第八章 病毒感染的病理与治疗
Basic process of viral assemble and release
参与病毒组装的辅助成分
病毒成分：
- 基因组 RNA （ 作为装配时的支架（scaffold）--- ssRNA viruses and Retrovirus assembly). 或与结构蛋白互作）----.
细胞成分
- 胞膜 结构蛋白与细胞膜发生关联（association ），对某些蛋白 衣壳装配是必需的
入到内质网中，在内
内质网中糖基化。转 移到高尔基体进行进 一步修饰和折叠，然
后转运到细胞膜上
冠状病毒E1在内质网上包装
HSV：Herpesviruses在核内包装
第四步
e.g. Influenza virus/VSV
获ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ包膜
•机制一: 大多数包膜病毒，包装和获得衣壳是在时空上是分开的过程
第四步
3 基因组塞入中空衣壳 。这个过程需要能量和衣壳一定的
构象的变化。
某些病毒蛋白（核酸酶活性）可以识别基因组的包装信号序列，并与之结合形 成复合体；再与空衣壳的门户蛋白发生相互作用，把基因组拉伸进入衣壳；当 一倍长度的基因组拉伸进入衣壳时，在复合体中核酸酶切割下其余部分；门户 蛋白被帽蛋白取代，核衣壳组装完毕
尾丝组装
Bacteriophage T4 – progressively more complex structures are formed in a stepwise mechanism 对许多病毒而言，衣壳结 构中间体很难分离或
第三步：包装基因组和其它病毒成分
包装（packaging）: 把基因组装进装配好的或正在装配中的 粒子中
第五步
机制一 裂解细胞释放
病毒释放
空斑形成
第五步
机制二
病毒释放
包膜病毒出芽释放----- ‘pull’- or ‘push’-机制
出芽点：病毒糖蛋白插入 包膜，产生拖的力量，把 包膜拖出一个芽结构 内部病毒结构蛋白粘附与 出芽点，产生一个推的力 量
反转录病毒出芽释放
囊膜 膜上的跨膜糖蛋白
衣壳 基因组
NA 是一种糖苷外切酶 ,可以从糖苷键上除 去唾液酸残基
流感病毒释放时，新病毒颗粒移向细胞表面，仍通过血凝素-唾液酸键进行 结合。唾液酸神经氨酸酶的主要作用是催化裂解存在于唾液酸末端、N-乙酰 基神经氨酸及相邻糖基间的酮苷连接桥，从而促进病毒在呼吸道的传播 ,因 为该键的断裂使病毒从感染的细胞中释出，并阻止病毒从宿主细胞释出后的 聚集。 神经氨酸酶还可通过裂解呼吸道黏膜中的唾液酸 ,灭活呼吸道黏液的黏液素 (能抑制血凝素活性) ,使呼吸道黏液的活性减除 ,阻止病毒灭活 ,有助于病毒 颗粒移向靶细胞 ,防止游离的病毒颗粒凝集在一起 ,促进病毒渗入呼吸道上皮 细胞及其在呼吸系统的扩散。通过这种方式 ,感染在体内扩散。神经氨酸酶
表达
组装
SV40病毒衣壳五 聚体的组装 ---来自单个蛋白
腺病毒II型 衣壳五聚体的组 装 ---来自单个蛋白
脊髓灰质炎病 毒衣壳结构单 元组装
---来自于长肽寡聚蛋白---
腺病毒II型 衣壳六聚体的组 装 ---分子伴侣辅助
第二步：形成衣壳或核衣壳
鞘机基盘的组装
头部组装
Bacteriophage T4 –
- L1 52/55-kDa, Adenovirus
Herpes virus
第一步 蛋白衣壳的装配
1 结构单元（structural unit)的组装-机制 -----由单一蛋白（individual proteins） ------或长肽多聚蛋白（polyprotein）组装 ----- 由细胞或病毒的分子伴侣（Viral Chaperone or Cellular Chaperone）协助
6-maturation
5-release 4-acqure envelope
3-genome packaged into capsid
2-capsid formation 1- structural unit formation
病毒的组装 Assembly
1. 装配：在宿主内，合成一个完整的病毒粒子需要的各个组分 按照一定一定方式进行组装形成一个新的病毒粒子的过程；
病毒的自组装和辅助组装 Self-Assembly and Assisted Assembly VP1 pentamers in SV40
1---有的病毒蛋白一级结构序列含有足够的自组装信息。
比如，VP1在 E-coli表达, 分离出来的VP1 就是五聚体，在体外就可组成类 -衣壳的结构
2----尽管对病毒结构蛋而言，自组装是基本机制，但还需要病 毒的或细胞的其他组分参与组装，起辅助作用。
病毒其它组分（酶或蛋白）进入衣壳
1:有些病毒蛋白本身是结构蛋白，同时参与病毒在宿 主内的复制过程。Some of these proteins are also structural proteins of the virion
- 单纯疱疹病毒的VP16 protein： a major component of the virion tegument and the activator of transcription of viral immediate-early genes.
第五步
包膜病毒在内膜系统上出芽
病毒释放
在核膜，内质网膜上， 高尔基体膜上插入病毒糖蛋白，病毒出芽获得包膜结构， 进入运输系统（膜泡运输）
优点：避开对宿主细胞胞质膜的糖蛋白修饰，减少免疫系统监视 内膜没有细胞骨架附着，出芽更方便 具有独特的脂成分
第五步
病毒释放
裸病毒,SV40 机制三： 病毒进入转运小泡-transport vesicles ，与膜融合释放 出来
要求：基因组上要有特定的识别位点(Packaging Signals),以
区别与宿主核酸成分
反转录病毒RNA基因组上的包装信号
-Ψ sequence at the 5´ end of Retrovirus is the major packaging signal.
螺旋对称杆状衣壳的装配 （helical capsids）
单纯疱疹病毒DNA基因组的包装
Step 1-2 是基因组被包装的过程启动： 先有几个病毒蛋白（UL15， UL32,UL28，末端酶，或称包装蛋白， 具有核酸切割活性）结合在基因组上 的包装信号序列位置形成一个复合体， 与衣壳上的门户蛋白portal 发生相互作 用，接下来，基因组的一个正向重复 序列处（DR）发生第一次切割，由复 合体中的包装蛋白切下。基因组被拉 入衣壳中； Step 3是在多连体基因组上一个全基因 组位置被拖至入衣壳中后，由复合体 中的包装蛋白在另一个正向重复序列 处（DR）进行第二次切割。 Step 4 是由病毒编码的帽蛋白塞住衣 壳出口。
2. 装配过程中，结构蛋白首先形成一个结构单元（structural unit）；然后多个结构单元再组装成不成熟的前衣壳，经过一 定修饰，形成成熟的衣壳。
3. 装配位置因病毒不同而异，主要取决于病毒在胞内复制位点 和释放机制: 胞质中装配：picornaviruses, poxviruses & reoviruses 核中装配：adenoviruses, polyomaviruses & parvoviruses it 胞膜位置装配：HIV
2:它们包装进入衣壳需要特定机制： （-）RNA病毒的转录酶RNA-dependent RNA polymerase必须以非共价键与基因组或结构蛋白相互 作用被包装进去，进入宿主后才可独立发挥作用
第四步
获得包膜
1. 有的病毒（如 疱疹病毒）是在细胞核中进行装配，所 以它们出核膜时就会获得一层包膜；
支架蛋白
门户蛋白
• Fig.p72
前衣壳到变成成熟的衣壳需要一定病毒编码的蛋白水解酶（成熟蛋白酶）的参与， 将一些前衣壳中的蛋白进行酶切，会导致衣壳结构发生微小的改变或稳定性发生微 弱改变，这个过程中伴随着基因组的进入。
单纯疱疹病毒DNA基因组的包装
长独特区
短独特区
重复序列α中含有包装信号序列（ pac1, pac2 ）, 重复序列α在基因组上由多个拷贝（短独特区US只有一个拷贝） 单纯疱疹病毒基因组复制是形成多拷贝的基因组头尾相连的多连体DNA 基因组包装信号（ pac1, pac2 ）位于基因组末端重复序列α中。两侧还有正向 重复序列（DR）是切割位点
•
获得包膜
机制二：反转录病毒，装配和获得衣壳及出芽在时空上是同时的（coincident）.
反转录病毒装配和包膜的获得及出 芽释放
囊膜 膜上的跨膜糖蛋白
衣壳 基因组
第五步
病毒释放
除植物病毒要设法突破植物细胞壁的障碍外，其它病毒从 宿主中释放一般采用的机制有： ------裂解细胞： (most non-enveloped viruses), 宿主细胞完全破 裂，病毒出来（噬菌体）---嗜菌斑 细胞空斑 -----出芽：(Enveloped viruses）---病毒粒子释放时在细胞膜胞 质侧向外顶出形成芽状（细胞膜包裹着病毒粒子），离开 细胞时就可以 获得相应的囊膜， ------运输泡: 病毒在释放前先进入一个胞外运输泡 （intracellular vesicle ），再通过细胞运输泡系统运出到胞 外。
以TMV为例： 衣壳的装配围绕基因组进行
1. 衣壳蛋白首先形成一个盘状结构,由17个亚单位
（ subunits，capsomers，衣壳粒）组成 2. 合成好的基因组RNA被捕获到盘状结构的中心，挂在盘子
的“内壁”上（基因组内部的一个位点与内壁结合）；
3. 以盘状结构为中心，向两个方向延伸，堆积结构单元，延 长杆状结构 4. 延长过程中，RNA基因组从上下两个方向分别不断被拉 伸进入螺旋结构的内壁
参与病毒组装的辅助成分
- Cellular and Viral proteins
参与病毒组装的细胞辅助成分
- Cellular and Viral proteins
分子伴侣
参与病毒组装的病毒辅助成分
- Cellular and Viral proteins
分子伴侣
支架蛋白
病毒支架蛋白 Scaffolding Protein • 是病毒装配必须成分 • 支架蛋白：参与核衣壳或衣壳的装配，但后 来又被移除，所以这类蛋白称为支架蛋白。 举例 -VP22a , HSV-1
2. 其它包膜病毒衣壳装配可以发生在胞质中，有的如HIV 发生在包膜上，所以可以从内质网膜或细胞膜上获得包膜 结构.
注意：
这些脂膜上必须有病毒编码的糖蛋 白—后期表达蛋白，在高尔基体上 修饰后，随着液泡系运输到膜系中
病毒包膜中的糖蛋白的形成和转运
跨膜蛋白是在粗面内 质网上合成：当在核 糖体上合成出来就插
衣壳向两个方向延伸 基因组的两端也贴着 衣壳内壁，向两个方 向延伸，嵌合在衣壳 内壁中 盘状结构（起始结构） 3 5 上
下
合成好的 基因组 RNA
特定序列
TMV assembly
二十面体球状衣壳和基因组的组装
外壳先装配，基因组再插入 1 结构单元（ capsomer subunits）围绕着支架蛋白 （ scaffolding protein）进行初级组装成前衣壳 （ procapsid） 2 支架蛋白被从衣壳中移除（再利用），形成一个中空衣壳。
HSV：Herpesviruses在核内包装，穿过核膜时的出芽（在核膜上获得包 膜），在内质网上和高尔基体形成运输泡（A)，还可能是从核膜上获得包 膜又被溶解，经过高尔基体时获得包膜，被运输泡运出去。
Release of Enveloped Viruses
流感病毒释放时包膜上的神经氨酸酶的作用
神经氨酸酶（NA 蛋白）具 有酶的活性，作为唾液酸 糖苷酶，清除病毒颗粒表 面糖蛋白上及感染细胞表 面的唾液酸，防止病毒粒 子的聚集，以及有助于病 毒粒子的释放 NA与HA（血凝素）是流感 病毒亚型分型的重要指标
华中师范大学生科院
分子病毒学
《Molecular Virology》
目录
第一章 概论 第二章 病毒的形态结构 第三章 病毒吸附宿主及内化过程 第四章 病毒的基因组复制 第五章 病毒基因的表达 第六章 病毒装配和释放 第七章 病毒感染与机体抗病毒免疫 第八章 病毒感染的病理与治疗
Basic process of viral assemble and release
参与病毒组装的辅助成分
病毒成分：
- 基因组 RNA （ 作为装配时的支架（scaffold）--- ssRNA viruses and Retrovirus assembly). 或与结构蛋白互作）----.
细胞成分
- 胞膜 结构蛋白与细胞膜发生关联（association ），对某些蛋白 衣壳装配是必需的
入到内质网中，在内
内质网中糖基化。转 移到高尔基体进行进 一步修饰和折叠，然
后转运到细胞膜上
冠状病毒E1在内质网上包装
HSV：Herpesviruses在核内包装
第四步
e.g. Influenza virus/VSV
获ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ包膜
•机制一: 大多数包膜病毒，包装和获得衣壳是在时空上是分开的过程
第四步
3 基因组塞入中空衣壳 。这个过程需要能量和衣壳一定的
构象的变化。
某些病毒蛋白（核酸酶活性）可以识别基因组的包装信号序列，并与之结合形 成复合体；再与空衣壳的门户蛋白发生相互作用，把基因组拉伸进入衣壳；当 一倍长度的基因组拉伸进入衣壳时，在复合体中核酸酶切割下其余部分；门户 蛋白被帽蛋白取代，核衣壳组装完毕
尾丝组装
Bacteriophage T4 – progressively more complex structures are formed in a stepwise mechanism 对许多病毒而言，衣壳结 构中间体很难分离或
第三步：包装基因组和其它病毒成分
包装（packaging）: 把基因组装进装配好的或正在装配中的 粒子中
第五步
机制一 裂解细胞释放
病毒释放
空斑形成
第五步
机制二
病毒释放
包膜病毒出芽释放----- ‘pull’- or ‘push’-机制
出芽点：病毒糖蛋白插入 包膜，产生拖的力量，把 包膜拖出一个芽结构 内部病毒结构蛋白粘附与 出芽点，产生一个推的力 量
反转录病毒出芽释放
囊膜 膜上的跨膜糖蛋白
衣壳 基因组
NA 是一种糖苷外切酶 ,可以从糖苷键上除 去唾液酸残基
流感病毒释放时，新病毒颗粒移向细胞表面，仍通过血凝素-唾液酸键进行 结合。唾液酸神经氨酸酶的主要作用是催化裂解存在于唾液酸末端、N-乙酰 基神经氨酸及相邻糖基间的酮苷连接桥，从而促进病毒在呼吸道的传播 ,因 为该键的断裂使病毒从感染的细胞中释出，并阻止病毒从宿主细胞释出后的 聚集。 神经氨酸酶还可通过裂解呼吸道黏膜中的唾液酸 ,灭活呼吸道黏液的黏液素 (能抑制血凝素活性) ,使呼吸道黏液的活性减除 ,阻止病毒灭活 ,有助于病毒 颗粒移向靶细胞 ,防止游离的病毒颗粒凝集在一起 ,促进病毒渗入呼吸道上皮 细胞及其在呼吸系统的扩散。通过这种方式 ,感染在体内扩散。神经氨酸酶
表达
组装
SV40病毒衣壳五 聚体的组装 ---来自单个蛋白
腺病毒II型 衣壳五聚体的组 装 ---来自单个蛋白
脊髓灰质炎病 毒衣壳结构单 元组装
---来自于长肽寡聚蛋白---
腺病毒II型 衣壳六聚体的组 装 ---分子伴侣辅助
第二步：形成衣壳或核衣壳
鞘机基盘的组装
头部组装
Bacteriophage T4 –
- L1 52/55-kDa, Adenovirus
Herpes virus
第一步 蛋白衣壳的装配
1 结构单元（structural unit)的组装-机制 -----由单一蛋白（individual proteins） ------或长肽多聚蛋白（polyprotein）组装 ----- 由细胞或病毒的分子伴侣（Viral Chaperone or Cellular Chaperone）协助
6-maturation
5-release 4-acqure envelope
3-genome packaged into capsid
2-capsid formation 1- structural unit formation
病毒的组装 Assembly
1. 装配：在宿主内，合成一个完整的病毒粒子需要的各个组分 按照一定一定方式进行组装形成一个新的病毒粒子的过程；
病毒的自组装和辅助组装 Self-Assembly and Assisted Assembly VP1 pentamers in SV40
1---有的病毒蛋白一级结构序列含有足够的自组装信息。
比如，VP1在 E-coli表达, 分离出来的VP1 就是五聚体，在体外就可组成类 -衣壳的结构
2----尽管对病毒结构蛋而言，自组装是基本机制，但还需要病 毒的或细胞的其他组分参与组装，起辅助作用。
病毒其它组分（酶或蛋白）进入衣壳
1:有些病毒蛋白本身是结构蛋白，同时参与病毒在宿 主内的复制过程。Some of these proteins are also structural proteins of the virion
- 单纯疱疹病毒的VP16 protein： a major component of the virion tegument and the activator of transcription of viral immediate-early genes.
第五步
包膜病毒在内膜系统上出芽
病毒释放
在核膜，内质网膜上， 高尔基体膜上插入病毒糖蛋白，病毒出芽获得包膜结构， 进入运输系统（膜泡运输）
优点：避开对宿主细胞胞质膜的糖蛋白修饰，减少免疫系统监视 内膜没有细胞骨架附着，出芽更方便 具有独特的脂成分
第五步
病毒释放
裸病毒,SV40 机制三： 病毒进入转运小泡-transport vesicles ，与膜融合释放 出来
要求：基因组上要有特定的识别位点(Packaging Signals),以
区别与宿主核酸成分
反转录病毒RNA基因组上的包装信号
-Ψ sequence at the 5´ end of Retrovirus is the major packaging signal.
螺旋对称杆状衣壳的装配 （helical capsids）
单纯疱疹病毒DNA基因组的包装
Step 1-2 是基因组被包装的过程启动： 先有几个病毒蛋白（UL15， UL32,UL28，末端酶，或称包装蛋白， 具有核酸切割活性）结合在基因组上 的包装信号序列位置形成一个复合体， 与衣壳上的门户蛋白portal 发生相互作 用，接下来，基因组的一个正向重复 序列处（DR）发生第一次切割，由复 合体中的包装蛋白切下。基因组被拉 入衣壳中； Step 3是在多连体基因组上一个全基因 组位置被拖至入衣壳中后，由复合体 中的包装蛋白在另一个正向重复序列 处（DR）进行第二次切割。 Step 4 是由病毒编码的帽蛋白塞住衣 壳出口。
2. 装配过程中，结构蛋白首先形成一个结构单元（structural unit）；然后多个结构单元再组装成不成熟的前衣壳，经过一 定修饰，形成成熟的衣壳。
3. 装配位置因病毒不同而异，主要取决于病毒在胞内复制位点 和释放机制: 胞质中装配：picornaviruses, poxviruses & reoviruses 核中装配：adenoviruses, polyomaviruses & parvoviruses it 胞膜位置装配：HIV