Cell：有性生殖与病毒之间存在新的关联

Jianbo

图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2017.01.024

有性生殖与病毒感染事实上存在很多共同之处。根据一项新的研究，这两种过程依赖于单个蛋白HAP2，这种蛋白能够让两个细胞（如精细胞和卵细胞）无缝融合，或者让一个病毒与细胞膜融合。蛋白HAP2在病毒、单细胞原生动物、很多植物和节肢动物中广泛存在，这提示着这种蛋白是在地球上的生命历史极早期发生进化的。相关研究结果发表在2017年2月23日的Cell期刊上，论文标题为“The Ancient Gamete Fusogen HAP2 Is a Eukaryotic Class II Fusion Protein”。

这一发现揭示出性进化的新细节。这种蛋白作为一种几乎通用的生化“栓”能够将两个细胞膜变成一个细胞膜，从而导致遗传物质结合在一起，这是有性生殖的一个必需的步骤。关于这种蛋白功能的新细节可能有助抵抗疟疾等寄生虫病，改善控制害虫的努力。

论文共同通信作者、美国马里兰大学细胞生物学与分子遗传学系的William Snell教授说，“我们的发现证实大自然具有有限的方式让两个细胞融合成一个细胞。”

Snell说，“一种首先让性进化成为可能并且仍然在地球上很多有机体的有性生殖中使用的蛋白与登革热病毒和寨卡病毒用来入侵人细胞的蛋白是相同的。”

Snell和他的同事们在一种被称作莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）的单细胞绿藻中研究了蛋白HAP2。HAP2在单细胞原生动物、植物和节肢动物中是比较常见的，不过它并未在真菌或人类等脊椎动物中发现到。Snell和他的合作者们以及其他研究团队之前的研究结果表明在具有这种蛋白的有机体中，HAP2是它们的生殖细胞融合所必不可少的。但是它的精确机制仍然是不清楚的。

就当前的这项研究而言，Snell和他的团队利用复杂的计算机分析工具对衣藻蛋白HAP2和已知的病毒融合蛋白的氨基酸序列进行比较。这些结果提示着它们存在显著的相似性，特别是在一个被称作融合环的区域中。这个融合环区域能够让病毒融合蛋白成功地侵入细胞中。Snell推断，如果HAP2像一种病毒融合蛋白那样发挥功能，那么破坏它的融合环应当阻断它将生殖细胞融合在一起的能力。

果然，当Snell团队仅改变衣藻蛋白HAP2融合环上的单个氨基酸时，这种蛋白完全丧失了它的功能。生殖细胞能够附着在一起，但是它们不能够完成最后的一步：它们的细胞膜融合。类似地，当该团队加入一种结合到HAP2融合环上的抗体时，这些生殖细胞也不能够融合在一起。

Snell说，“我们对这些结果感到非常震惊，这是因为它们支持我们针对HAP2蛋白提出的新的功能模式。但是我们需要可视化观察HAP2蛋白的结构，从而确信它与病毒融合蛋白具有类似的功能。”

Snell接触了法国巴斯德研究所结构生物学家、病毒学研究专家Felix Rey。巧合的是，Rey和他的同事们刚利用X射线衍射晶体分析技术解析出衣藻蛋白HAP2的结构。Rey的结果证实确实，HAP2在功能上与登革热病毒和寨卡病毒融合蛋白完全一样。

Rey说，“衣藻蛋白HAP2以与这些病毒融合蛋白相同的方式发生折叠。这种类似性是明确无误的。”

在很多种有机体（包括致病性的原生动物、入侵植物和破坏性的害虫）中，HAP2似乎是细胞融合所必需的。迄今为止，每个已知的HAP2蛋白版本在融合环区域共享一个关键性的氨基酸。正因此如此，HAP2可能是开发疫苗、疗法和其他控制方法的一种有前景的靶标。

Snell对可能能够控制疟疾备感鼓舞。疟疾是由单细胞原生动物恶性疟原虫导致的。

Snell注意到疟原虫具有复杂的依赖于蚊子和人类宿主的生命周期。Snell说，“开发一种阻断疟原虫生殖细胞融合在一起的疫苗将会是向前迈出的一大步。我们的发现强烈地提示着靶向HAP2的新策略，这些策略可能能够破坏疟原虫生命周期的蚊子传播阶段。”

参考文献：
Juliette Fédry, Yanjie Liu, Gérard Péhau-Arnaudet et al. The Ancient Gamete Fusogen HAP2 Is a Eukaryotic Class II Fusion Protein. Cell, 23 February 2017, 168(5):904-915, doi:10.1016/j.cell.2017.01.024.

（来源：生物谷 Bioon.com）