Nature | 人巨细胞病毒引发核旋转的具体机制

撰文 | 十一月

责编 | 兮

人巨细胞病毒（Human cytomegalovirus） 复制增殖周期缓慢，感染后在人体内引发巨细胞包涵体疾病。在细胞感染病毒的情况下，细胞骨架微丝可以移动或者重组细胞核。但是在细胞感染过程中发生细胞核重组具体机制还不得而知。在人巨细胞病毒漫长的复制周期中，高尔基体会成为病毒粒子成熟的装配位点同时也作为微管组织中心（microtubule-organizing centre，MTOC） 生成乙酰化的微管【1】。另外，人巨细胞病毒还会引起宿主细胞中核旋转 （Nuclear rotation） ，而成熟的病毒粒子出现在细胞质中之前核旋转过程会停止（图1）。

图1 人巨细胞病毒感染宿主细胞后核旋转的情况

乙酰化的微管蛋白赋予微管机械强度，但是目前为止尚不清楚为什么人巨细胞病毒感染过程中会发生核旋转过程也不知道微管蛋白乙酰化与此过程之间的关系。为了揭开这一问题的答案，近日，美国西北大学Derek Walsh研究组发文题为Cytoplasmic control of intranuclear polarity by human cytomegalovirus，发现了人巨细胞病毒对核内极性控制的具体机制。

RNA干扰介导的α-tubulin乙酰转移酶敲低会阻断乙酰化微管的产生同时核旋转过程也会受到影响（图2）。另外，先前的研究发现乙酰化是人巨细胞病毒感染宿主细胞的研究中唯一发现的微管蛋白上发生的修饰【1】。这说明微管蛋白的乙酰化对于核旋转过程是必须的。微管和肌动蛋白丝移动细胞核是通过与LINC（Linker of nucleoskeleton and cytoskeleton） 复合物相互作用引发【2】。LINC复合物由外核膜上的nesprin蛋白和内膜上的SUN三聚体组成【3】。LINCE复合物的活性使得细胞核位置改变发生成为可能。在感染的宿主细胞中，作者们发现敲低微管蛋白乙酰转移酶虽然不会影响SUN1蛋白的丰度，但是会抑制人巨细胞病毒的极化作用。说明细胞核旋转是由乙酰化的微管牵拉LINC复合物的产生的机械力引发的现象。

图2 RNAi敲低微管蛋白乙酰转移酶后核旋转角度受到显著影响

进一步地，作者们想要检测人巨细胞病毒感染对于核内结构的影响，为此他们对SUN1蛋白相关核内膜蛋白lamin A/C以及emerin进行检测。作者们在成像实验中发现，lamin A/C会表现出蛋白水平降低以及极性缺失而emerin会表现出极性朝向富含SUN1蛋白的细胞核区域。先前的研究发现emerin能促进病毒粒子从核中脱离，除此之外作者们发现在人巨细胞病毒感染宿主时，emerin极化过程发生在核旋转之前。体外实验发现emerin结合组蛋白修饰同时也会稳定肌动蛋白纤维【3】。但是丝状肌动蛋白F-actin在核旋转过程中功能不得而知。作者们对人巨细胞病毒感染宿主细胞的过程进行观察后发现，F-actin在宿主细胞感染后核旋转建立极性的过程中发挥着关键的作用。敲低微管蛋白乙酰转移酶后会造成细胞核内F-actin解聚以及表达水平的降低。因此，F-actin由微管驱动的机械力组装起来并驱动LINC复合物的极化过程。

通过对异染色质的标记物H3K9me3的染色作者们发现在感染的早期阶段H3K9me3会增加，在细胞核旋转后期阶段会出现组蛋白H3失活形态梯度的建立。通过DNA-immunoFISH实验，作者们对病毒DNA与H3K9me3分布的空间结构进行了检测。作者们发现H3K9me3标记的宿主细胞异染色质会产生朝向装配位点的极性，而病毒DNA则会位于相反的方向。该结果说明人巨细胞病毒感染会造成细胞核中大量的结构和遗传引发的细胞极性的出现。

总的来说，该工作发现人巨细胞病毒感染过程中利用乙酰化的微管使核膜蛋白发生极化，从而将无活性的组蛋白和宿主DNA吸引到装配位点，将其与病毒DNA分离，从而方便为病毒复制创造一个最佳环境，最终造成宿巨细胞包涵体疾病的产生（图3）。另外，该工作也发现了乙酰化的微管蛋白、LINC复合物和emerin在调节细胞核中F-acitn产生核内极性过程中的具体作用机制。

图3 工作模型

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2714-x

制版人： schweine

参考文献

1. Pr octer , D. J. et al. The HCMV Assembly Compartment Is a Dynamic Golgi-Derived MTOC that Controls Nuclear Rotation and Virus Spread.Developmental cell45 , 83-100.e107, doi:10.1016/j.devcel.2018.03.010 (2018).

2. Gundersen, G. G. & Worman, H. J. Nuclear positioning.Cell152, 1376-1389, doi:10.1016/j.cell.2013.02.031 (2013).

3. Berk, J. M., Tifft, K. E. & Wilson, K. L. The nuclear envelope LEM-domain protein emerin.Nucleus(Austin, Tex.) 4, 298-314, doi:10.4161/nucl.25751 (2013).