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HIV-1 衣壳中的两个结构开关调节衣壳曲率和宿主因子结合。

Two structural switches in HIV-1 capsid regulate capsid curvature and host factor binding.

机构信息

Department of Cell and Virus Structure, Max Planck Institute of Biochemistry, Martinsried 82512, Germany.

Structural Studies Division, MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge CB2 0QU, United Kingdom.

出版信息

Proc Natl Acad Sci U S A. 2023 Apr 18;120(16):e2220557120. doi: 10.1073/pnas.2220557120. Epub 2023 Apr 11.

DOI:10.1073/pnas.2220557120
PMID:37040417
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10120081/
Abstract

The mature HIV-1 capsid protects the viral genome and interacts with host proteins to travel from the cell periphery into the nucleus. To achieve this, the capsid protein, CA, constructs conical capsids from a lattice of hexamers and pentamers, and engages in and then relinquishes multiple interactions with cellular proteins in an orchestrated fashion. Cellular host factors including Nup153, CPSF6, and Sec24C engage the same pocket within CA hexamers. How CA assembles pentamers and hexamers of different curvatures, how CA oligomerization states or curvature might modulate host-protein interactions, and how binding of multiple cofactors to a single site is coordinated, all remain to be elucidated. Here, using single-particle cryoEM, we have determined the structure of the mature HIV-1 CA pentamer and hexamer from conical CA-IP polyhedra to ~3 Å resolution. We also determined structures of hexamers in the context of multiple lattice curvatures and number of pentamer contacts. Comparison of these structures, bound or not to host protein peptides, revealed two structural switches within HIV-1 CA that modulate peptide binding according to CA lattice curvature and whether CA is hexameric or pentameric. These observations suggest that the conical HIV-1 capsid has different host-protein binding properties at different positions on its surface, which may facilitate cell entry and represent an evolutionary advantage of conical morphology.

摘要

成熟的 HIV-1 衣壳保护病毒基因组,并与宿主蛋白相互作用,从细胞外周进入细胞核。为此,衣壳蛋白 CA 从六聚体和五聚体晶格中构建锥形衣壳,并以协调的方式与细胞蛋白发生并放弃多种相互作用。包括 Nup153、CPSF6 和 Sec24C 在内的细胞宿主因子与 CA 六聚体中的相同口袋结合。CA 如何组装不同曲率的五聚体和六聚体,CA 寡聚状态或曲率如何调节宿主蛋白相互作用,以及如何协调多个辅助因子与单个结合位点的结合,这些都有待阐明。在这里,我们使用单颗粒 cryoEM 技术,从锥形 CA-IP 多面体确定了成熟 HIV-1 CA 五聚体和六聚体的结构,分辨率约为 3Å。我们还确定了多种晶格曲率和五聚体接触数的六聚体结构。对这些结构的比较,无论是结合还是不结合宿主蛋白肽,都揭示了 HIV-1 CA 内的两个结构开关,根据 CA 晶格曲率和 CA 是六聚体还是五聚体调节肽结合。这些观察结果表明,锥形 HIV-1 衣壳在其表面的不同位置具有不同的宿主蛋白结合特性,这可能有助于细胞进入,并代表锥形形态的进化优势。

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