B型肝炎ウイルスのコアタンパク質からのカプシドのアセンブリは、RNAの存在と不在で高ポピュラーな中間体を介して進行します

Assembly of Capsids from Hepatitis B Virus Core Protein Progresses through Highly Populated Intermediates in Presence and Absence of RNA.

• Ryan C Oliver
• Wojciech Potrzebowski
• Seyed Morteza Najibi
• Martin Nors Pedersen
• Lise Arleth
• Najet Mahmoudi
• Ingemar André

抄録

ウイルスの遺伝物質は、多数のサブユニットからなるタンパク質の殻によって保護されており、効率的かつ堅牢なプロセスで組み立てられています。ウイルスカプシドの効率的な組み立てを支える仕組みの詳細は、いまだに多くが解明されていません。B型肝炎ウイルスのカプシドの組み立て機構は、ゲノムRNAを結合するC末端ドメインを欠いた切り詰められたコアタンパク質を用いて集中的に研究されてきました。私たちは、B型肝炎ウイルス（HBV）のアセンブリー中間体を解明するために、時間分解小角X線散乱法を用いて、完全長のB型肝炎コアタンパク質からの核酸カプシドと空のカプシドの形成を研究しました。多変量曲線分解能解析、構造モデル化、ベイズアンサンブル推論を組み合わせた解析を用いて、HBVキャプシドの集合過程の詳細な構造モデルを構築した。この詳細な構造解析により、二量体の三量体と約40個の二量体からなる部分的に閉じたシェルという、2つの高度に人口密度の高い中間体の形成を経て進行する組立経路が支持された。これらの中間体は、オンパスで一過性であり、効率的に完全に形成されたカプシドに変換される。C末端ドメインに特異的に結合するRNAオリゴの存在下では、核酸が存在しない場合と同様のメカニズムでアセンブリーが進行する。切り詰められたHBVキャプシドタンパク質と全長のHBVキャプシドタンパク質の比較から、非構造化C末端ドメインが組み立てプロセスに大きな影響を与え、HBVキャプシド形成のより完全なメカニズムの理解を得るために必要であることが明らかになった。これらの結果はまた、時間分解実験中に異なる時間点からの散乱情報を組み合わせることで、タンパク質の自己組織化経路の構造モデルを導出するためにどのように利用できるかを示しています。

The genetic material of viruses is protected by protein shells that are assembled from a large number of subunits in a process that is efficient and robust. Many of the mechanistic details underpinning efficient assembly of virus capsids are still unknown. The assembly mechanism of Hepatitis B capsids has been intensively researched using truncated core protein lacking the C-terminal domain responsible for binding genomic RNA. To resolve the assembly intermediates of hepatitis B virus (HBV), we studied the formation of nucleocapsids and empty capsids from full-length hepatitis B core proteins, using time-resolved small angle X-ray scattering. We developed a detailed structural model of the HBV capsid assembly process using a combination of analysis with multivariate curve resolution, structural modeling and Bayesian ensemble inference. The detailed structural analysis supports an assembly pathway that proceeds through the formation of two highly populated intermediates, a trimer of dimers and a partially closed shell consisting of around 40 dimers. These intermediates are on-path, transient, and efficiently convert into fully formed capsids. In the presence of an RNA oligo that binds specifically to the C-terminal domain the assembly proceeds via a similar mechanism as in the absence of nucleic acids. Comparisons between truncated and full-length HBV capsid proteins reveal that the unstructured C-terminal domain has a significant impact on the assembly process, and is required to obtain a more complete mechanistic understanding of HBV capsid formation. These results also illustrate how combining scattering information from different time-points during time-resolved experiments can be utilized to derive a structural model of protein self-assembly pathways.