原文题目：The HIV-1 capsid core is an opportunistic nuclear import receptor

通讯作者：Vineet N. KewalRamani

隶属单位：美国国家癌症研究所癌症创新实验室模型开发科

DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-023-39146-5

HIV-1在早期复制步骤中利用NPC（核孔复合体）进入细胞核方面表现出极大的灵活性。NPC由30多种不同的蛋白质组成，根据NPC内的化学计量和分布，包含六个亚复合物。大约三分之一的NUP（核苷酸）含有FG-二肽（FG-基序），这些基序是NTR（大分子核转运受体）相互作用的靶标，用于货物从细胞质到细胞核的方向运动。NUP亚群中的FG-二肽嵌入朊病毒样低复杂性区域（LCR）中，促进HIV-1 CA晶格的多价结合。遗传和生化研究表明FG-Nups Nup153和Nup358有助于HIV-1核进入。这些Nup装饰着NPC的相对两极，Nup358的触手从外核膜延伸到细胞质中，Nup153从内核膜投射出篮子状结构进入核质。Nup62的强制二聚化诱导HIV-1核进入的强大阻断，突出了NPC通道对病毒感染的中心作用。具有CA突变的HIV-1阻止与可溶性因子（如CPSF6和CypA）相互作用，在感染期间表现出对Nups的不同依赖性，包括失去对Nup153和Nup358的依赖。CypA通过N端结构域（NTD）中环路暴露的P90残基与CA相互作用，CPSF6通过病毒粒子核心中六聚体CA中存在的NTD和C端结构域（CTD）界面内的N74口袋相互作用。P90A和N74D突变分别损害CypA和CPSF6与CA的相互作用。研究人员考虑了CPSF6和CypA与细胞质中的HIV-1结合影响NPC的后续相互作用以及核进入途径的可能性。

图1：HIV-1对Nup35的依赖

研究人员证明了HIV-1对Nup35和POM121进入核的依赖性。正如在Nup153和Nup358中观察到的那样，HIV-1 CA决定了对Nup35或POM121丢失的敏感性。扩展先前的工作，可溶性CA相互作用因子也调节核苷酸的必要性。与与细胞NTR相互作用以实现核进入的较小货物不同，研究人员建议由与病毒核酸和酶蛋白相关的多聚体CA组成的HIV-1核心直接充当包裹货物的大分子NTR并协商多个核苷蛋白相互作用，通过细胞质中可溶性宿主因子结合确定的途径通过NPC实现转移。与细胞NTR一样，CA选择性地与FG二肽相互作用。与细胞NTR相反，HIV-1可以进入非增殖细胞因子刺激的T细胞和巨噬细胞的细胞核，而RanGTP酶的需求尚不清楚。鉴于宿主细胞质包含检测和干扰微生物病原体的传感器，快速滑入细胞核对病毒有利。事实上，HIV-1核心已经在通过NPC的过渡中被检测到，CA结构在进入后在细胞核中持续存在。

图3：Nup35敲低损害HIV-1核进入

虽然作为单体的大小只有24千道尔顿，但构成细胞质HIV-1核心的六聚体和五聚体复合物中存在的数百个CA分子可能能够根据局部浓度和相对结合亲和力分布蛋白质 - 蛋白质与宿主因子的相互作用。已知与CA相互作用的细胞质中存在的人类宿主因子包括CPSF6，CypA和MxB。MxB被认为在干扰素激活细胞后富集在NPC的近端。事实上，在Kane及其同事的一项严格研究中，发现MxB的HIV-1限制依赖于特定的Nups系列，代表亚复合物以及不同亚复合物中的蛋白质队列，识别不同的途径。这项工作进一步证实了在NPC组成异质性的背景下HIV-1核进入的灵活性。

与MX2相反，CPSF6和CypA在细胞中以高稳定水平存在，CPSF6主要富集在细胞核中，CypA在细胞质中丰富，特别是在靠近核膜时。HIV-1核心结合多种因子的能力导致对这些因素参与的地点和时间，它们是否同时结合，它们访问核心的不同界面以及它们是否竞争共同接口的编排越来越严格。病毒在体内感染的不同细胞类型中的最终目标是进入细胞核以建立前病毒。CPSF6和CypA之间的浓度和分布差异可能被病毒利用，以确保CA上的结合表面可用于与特定Nups相互作用，并利用细胞核中的CPSF6访问染色质的基因丰富区域。先前的研究表明，不按顺序接触这些因素对病毒是有害的。细胞质中CPSF6的富集可能通过阻止Nup与病毒的相互作用来阻断HIV-1核进入。

图5：POM121通过与HVI-1衣壳直接结合促进HIV-1核输入

CypA在HIV-1感染中的作用一直是一个长期存在的难题。它是首批确定与动物逆转录病毒的Gag蛋白相互作用的宿主因子之一。尽管它已被绘制成对进入核之前早期复制步骤产生影响，确切的机制尚不清楚。Nup153和Nup358的研究表明，CypA可能会影响HIV-1与NPC的相互作用。这些Nups有可能在它们从细胞中耗尽后在所有货物限制分析的运输中发挥的重要作用。在目前的研究中，CypA对Nup1或POM35的HIV-121依赖性的影响是戏剧性的。当HIV-1在Nup35或POM121敲低细胞中被阻断感染时，在用CsA处理后，HIV-1进入细胞核并且感染恢复到对照细胞的水平。其他人的研究表明，CypA影响HIV-1核进入的动力学。总的来说，这些发现强调了CypA在将HIV-1引导到NPC并可能决定进入途径方面的关键作用。在Nup35或POM121支持的核进入减少的细胞中，CypA适得其反，并将HIV-1引导到非生产性途径。

Nup35是Nup93亚复合体的成员，该亚复合体环绕着完全由FG-NUPS组成的中央通道Nup62亚复合体。Nup35本身有三个FG二肽，但目前尚不清楚这些二肽是否可以进入货物。研究人员的体外CA-NC结合研究表明，Nup35的C末端区域与HIV-1衣壳结合，并表明3RD该地区的FG有助于互动。需要进一步检查以了解Nup35如何以及在哪里与活细胞中的HIV-1相互作用。类似地，含有朊病毒样LCR的POM121的C末端区域与HIV-1衣壳强烈结合。鉴于 CPSF6、Nup153 和 Sec24C 中的 FG 二肽与 HIV-74 CA 的 N1 口袋的相互作用，人们很容易推测HIV-1的这个界面在通过NPC的过程中通过核心协商了多种相互作用。在很大程度上，Nup35和POM121敲低在CA依赖性对HIV-153感染的影响方面对Nup1敲低进行了表型复制。与Nup153和CPSF6类似，TRIM5融合到POM121富含FG的部分抑制HIV-1感染。研究人员的数据表明，POM121与CA的相互作用似乎支持HIV-1感染。有趣的是，POM121 FG域也与HIV-1 Vpr绑定。POM121也已知与Sun1相互作用。锚定在KASH蛋白上，Sun1和Sun2多聚体可以形成跨越核包膜的核骨架和细胞骨架（LINC）复合物的连接子。虽然POM121的消耗对WT HIV-1感染有更深远的影响，但结合测定也表明与N74D HIV-1的相互作用。N74D HIV-1使用的核进入途径可能不依赖于或以某种方式逃避本研究中使用的细胞中的POM121相互作用。阐明HIV-1在核膜和通过NPC过程中相互作用的精确编排对于理解这些因素中每个因素的连续贡献至关重要。开发具有纯化的HIV-1核心和分离的人类细胞核的体外运输系统对于帮助询问这些步骤至关重要。

图6：POM121和Nup35 FG基序对于与HIV-1衣壳结合至关重要

研究人员之前的工作指出，HIV-1存在不同的核进入途径。它们沿着WT与N74D HIV-1 CA的轴分裂，分别表现出对Nup153和Nup155的更大依赖性。研究人员在这里发现，路径使用的这种转换部分由CypA控制。N74D HIV-1对细胞质中具有感染阻滞的CypA丢失表现出很高的敏感性。当Nup155损失与CypA耗竭相结合时，观察到N50D HIV-74感染性降低超过1倍。此外，WT HIV-1也变得更加依赖于CypA耗尽细胞中的Nup155导入途径。对于WT HIV-1，CypA结合的丧失会减少对Nup153导入途径的访问。对于N74D HIV-1，CA的N74D突变排除了Nup153的利用。

尽管WT和N74D HIV-1在使用NPC方面表现出差异，但有一些共同的主题。去除 Nup62 亚复合物成员（Nup54、Nup58 和 Nup62），它们是 FG-NUPS，在孔隙的中心通道中形成网状结构，限制直径大于 5 nm 的货物流动，通常 WT 和 N74D HIV-1 感染均升高。虽然Nup54和Nup58的缺失增加了WT HIV-1，N74D HIV-1和P90A HIV-1的感染，但去除Nup62对WT HIV-1感染有更大的积极影响。敲低Nup214，一种也被认为可以调节货物流动的FG-Nup，对WT HIV-1感染也有更大的积极影响。FG-NUP被认为在核细胞质转运中起双重作用。它们充当大多数大分子的屏障，但同时，可以与可溶性NTRs瞬时相互作用并介导它们在NPC中的易位。由于传统结构生物学方法对固有无序蛋白质的局限性，确定FG-NUP的确切作用一直是一个重大挑战。这些数据和其他结果表明，包括CPSF6，CypA和MX2在内的可溶性因子可以帮助或阻碍病毒核心向NPC的呈递。一旦与NPC接触，与FG-NUP相互作用的多个CA六聚体可能会对固有的无序筛产生深远的影响，方法是分割水凝胶并诱导它们沿通道壁聚集，使病毒能够通过内部通道迁移。

越来越清楚的是，HIV-1 CA是细胞质、核膜和细胞核中基本复制步骤的关键病毒决定因素。一种对靶向 CA 的小分子抑制剂（如 GS-CA1、PF-74 和 BI-2）的破坏非常敏感的编舞。总的来说，研究人员和其他人的工作支持CA核心劫持细胞质运输机制中的模型，例如Sec24C，然后作为NTR与核通道中存在的FG-NUP或CPSF6中存在的不同FG基序结合，使HIV-1转运到细胞核中。转座子Tf1同样被假设使用组装的Gag颗粒作为多聚体NTR，特别是在核进入期间与富含FG的酵母Nup124p相互作用。在动物细胞生物学方面，HIV-1提供了一个有吸引力的模型来询问大分子实体进入核的机制。

原文链接：10.1126/science.abp893

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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