论文标题：Mapping the TAR vRNA Interaction with HIV-1 Integrase

期刊名：Viruses

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/viruses

原文链接：https://www.mdpi.com/1999-4915/18/6/657

研究背景

HIV-1整合酶（integrase, IN）经典功能是催化病毒DNA（viral DNA，vDNA）整合至宿主染色体。近年来，IN在病毒颗粒成熟阶段的作用受到关注。部分II类IN突变体（class II IN mutants）可导致成熟病毒颗粒中核糖核蛋白复合体（ribonucleoprotein complex，RNP）异常定位，形成“偏心核”（eccentric core）表型，并显著降低病毒感染性。

TAR（trans-activation response element）RNA位于HIV-1基因组5′端，是研究IN与病毒RNA（viral RNA，vRNA）互作的重要模型。尽管已有研究提示TAR可与IN发生相互作用，但其具体接触位点及其对病毒成熟的影响仍有待明确。

近日，来自美国南密西西比大学化学与生物化学系的Jian Sun和Jacques J. Kessl团队在Viruses期刊发表封面文章“Mapping the TAR vRNA Interaction with HIV-1 Integrase”。该研究通过绘制TAR vRNA与HIV-1 IN C端结构域（C-terminal domain, CTD）的互作界面，进一步支持了IN在病毒成熟阶段具有整合以外的功能。

研究方法

该研究采用RNA光交联、串联质谱（MS/MS）、AlphaScreen结合实验、核磁共振化学位移扰动分析（NMR-CSP）和复制型病毒功能验证相结合的策略。作者在57 nt TAR vRNA第30位核苷酸引入光反应性核苷4-硫代尿苷（4-thiouridine，4sU），通过紫外交联和MS/MS定位邻近的IN残基；随后比较全长IN和IN CTD与TAR RNA的结合能力，并利用NMR-CSP鉴定CTD表面的TAR结合相关残基；最后在体外结合实验和复制能力完整的HIV-1_NL4-3分子克隆背景中评估相关突变对TAR结合、病毒核心形态和感染性的影响。

研究结果

TAR第30位核苷酸邻近IN R262残基

研究团队利用4sU(30)-TAR vRNA与全长IN进行紫外交联，并通过MS/MS分析交联肽段。TAR第30位核苷酸与IN CTD中的R262残基空间邻近，提示R262所在区域可能构成TAR RNA识别界面的一部分。

CTD表面多个残基参与TAR RNA识别

AlphaScreen实验显示，IN CTD能够结合TAR RNA，但其结合亲和力低于全长IN，提示CTD是TAR识别的重要区域，如图1，同时全长IN中的其他区域或整体构象也可能参与稳定IN–vRNA复合物。NMR-CSP分析进一步鉴定出Q221、F223、R228、K244、R262、R263、K264和K266等位于CTD表面的TAR结合相关残基。

图1. AlphaScreen法测定vRNA TAR与IN及CTD的结合亲和力

CTD突变影响病毒核心形态和病毒感染性

作者构建了相应丙氨酸替换突变体。体外结合实验显示，上述位点突变均不同程度削弱TAR RNA结合能力。进一步的病毒学实验表明，F223A、R228A、K244A和R263A等突变显著影响病毒核心形态和病毒感染性。除Q221A仍保留约60%野生型感染性外，其余测试突变病毒的感染性均降至野生型的30%以下。

蔗糖密度梯度分离结果显示，部分CTD突变体的CA/p24信号由高密度组分向低密度组分偏移，提示RNP定位异常和病毒核心形态受损。

图2. IN CTD突变对病毒核心密度分布的影响

基于RNA光交联和NMR-CSP数据，作者进一步建立了CTD–TAR复合物模型。模型显示，TAR第30位核苷酸靠近R262，TAR发卡结构可能围绕由R262和R263等带正电残基构成的CTD表面区域。该模型为R228A、R262A/R263A和K264A/K266A等II类IN突变体的成熟缺陷表型提供了结构层面的解释。

图3. CTD–TAR复合物三维结合模型

结语

本研究通过RNA光交联、NMR-CSP和病毒学功能验证，系统解析了HIV-1 IN与TAR vRNA之间的互作界面。研究不仅定位了TAR第30位核苷酸邻近的IN R262残基，还鉴定了多个参与TAR识别的CTD表面残基，并进一步证明这些位点与成熟病毒核心形态和感染性密切相关。

该研究进一步支持IN在HIV-1生命周期后期具有整合以外的功能，即通过与vRNA相互作用参与成熟病毒颗粒中RNP的正确组织。IN-vRNA互作界面的解析也为理解别构整合酶抑制剂（allosteric integrase inhibitors, ALLINIs）干扰病毒成熟的作用机制提供了参考，并为探索靶向HIV-1颗粒成熟过程的抗病毒策略提供了新的研究线索。

期刊介绍

主编：Dr. Eric O. Freed

Viruses (ISSN 1999-4915, IF 3.8, CiteScore 7.6) 创刊于2009年，是病毒学领域的国际开放获取期刊，专注于病毒感染、病毒分类、病毒-宿主互作、抗病毒治疗、噬菌体、病毒进化与基因组学等研究方向。期刊被 SCIE、PubMed、Scopus、MEDLINE 等权威数据库收录，最新影响因子3.8（JCR Q2），CiteScore 7.6（病毒学/传染病学 Q1）。西班牙病毒学会、意大利病毒学会、加拿大病毒学会等国际学术组织均与 Viruses 达成合作，会员可享受文章处理费折扣。期刊主页: https://www.mdpi.com/journal/viruses