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用核孔蛋白门控 DNA 折纸通道模拟 HIV-1 核进入。

Modeling HIV-1 nuclear entry with nucleoporin-gated DNA-origami channels.

机构信息

Department of Molecular Biophysics and Biochemistry, Yale University, New Haven, CT, USA.

Department of Cell Biology, Yale School of Medicine, New Haven, CT, USA.

出版信息

Nat Struct Mol Biol. 2023 Apr;30(4):425-435. doi: 10.1038/s41594-023-00925-9. Epub 2023 Feb 20.

Abstract

Delivering the virus genome into the host nucleus through the nuclear pore complex (NPC) is pivotal in human immunodeficiency virus 1 (HIV-1) infection. The mechanism of this process remains mysterious owing to the NPC complexity and the labyrinth of molecular interactions involved. Here we built a suite of NPC mimics-DNA-origami-corralled nucleoporins with programmable arrangements-to model HIV-1 nuclear entry. Using this system, we determined that multiple cytoplasm-facing Nup358 molecules provide avid binding for capsid docking to the NPC. The nucleoplasm-facing Nup153 preferentially attaches to high-curvature regions of the capsid, positioning it for tip-leading NPC insertion. Differential capsid binding strengths of Nup358 and Nup153 constitute an affinity gradient that drives capsid penetration. Nup62 in the NPC central channel forms a barrier that viruses must overcome during nuclear import. Our study thus provides a wealth of mechanistic insight and a transformative toolset for elucidating how viruses like HIV-1 enter the nucleus.

摘要

将病毒基因组递送到宿主细胞核通过核孔复合物(NPC)是人类免疫缺陷病毒 1(HIV-1)感染的关键。由于 NPC 的复杂性和涉及的分子相互作用的复杂性,这个过程的机制仍然是神秘的。在这里,我们构建了一套 NPC 模拟物-DNA-折纸束缚核孔蛋白,具有可编程的排列方式-来模拟 HIV-1 核进入。使用这个系统,我们确定了多个细胞质面向 Nup358 分子提供了强烈的结合,使衣壳与 NPC 对接。核质面向 Nup153 优先附着在衣壳的高曲率区域,将其定位为尖端领先的 NPC 插入。Nup358 和 Nup153 对衣壳的不同结合强度构成了一个亲和力梯度,驱动衣壳穿透。NPC 中央通道中的 Nup62 形成了一个障碍,病毒在核输入过程中必须克服。因此,我们的研究提供了丰富的机制见解和变革性的工具集,用于阐明 HIV-1 等病毒如何进入细胞核。

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