整合酶将病毒RNA“钉”在艾滋病病毒外壳内部

除了将病毒DNA整合到宿主基因组这一经典作用外，HIV-1整合酶（IN）在病毒形态发生中也具有关键功能。HIV-1核心包含病毒核糖核蛋白（RNP，主要是核衣壳蛋白结合两条基因组RNA），被衣壳蛋白（CA）形成的闭合晶格包裹。IN的氨基酸突变或变构抑制剂（ALLINIs）会阻碍病毒RNP在成熟过程中进入核心，导致RNP位于“空”CA壳外的异常病毒形态，进而影响逆转录，这就是II类突变表型。尽管已知IN在病毒内与基因组RNA相互作用，但它如何结合并保留RNA在成熟核心内的机制尚不明确。

为研究IN与RNA的相互作用，研究人员用生物层干涉法（BLI）测试重组HIV-1 IN与多种RNA的结合，发现IN能结合HIV-1 TAR RNA及多种短RNA。因HIV-1 IN在低盐条件下易聚集，研究人员筛选灵长类慢病毒IN，发现 talapoin猴SIV（SIVtal）IN具有良好的溶解性和RNA结合能力，且与HIV-1 IN有52%的序列一致性，能形成稳定四聚体。氢氘交换质谱（HDX-MS）显示RNA结合使IN的N端结构域（NTD）、催化核心结构域（CCD）和C端结构域（CTD）的多个区域同位素交换减少，表明RNA结合稳定了IN结构。

冷冻电镜观察SIVtal IN与TAR RNA的复合物，发现形成细长聚合物。三维重建显示该结构由两条平行的IN丝状体组成，通过RNA双链连接，每条丝状体由IN八聚体重复单元构成，每个八聚体含两个同源四聚体，围绕两条TAR RNA链形成。八聚体通过CTD与RNA骨架相互作用稳定，NTD之间的疏水作用和Lys34与相邻八聚体RNA的相互作用促进丝状体堆叠。

成熟HIV-1核心壳95%以上由CA六聚体组成，其相邻重复单元中心距约91Å，与SIVtal IN八聚体重复单元间距完全匹配，且IN八聚体相对丝状体轴倾斜约120°，与CA六聚体晶格完美重叠。为验证IN与CA的关联，研究人员在HIV-1病毒样颗粒中过表达IN，通过冷冻电镜单颗粒分析，重构出CA晶格内腔侧的IN丝状体结构，显示每个IN四聚体嵌入CA六聚体，通过CA主要同源区（MHR）的保守残基与IN的四个接触区域（CR1 - CR4）相互作用。冷冻电子断层扫描（cryo-ET）进一步证实IN丝状体与CA内腔结合，且RNP密度位于IN丝状体上RNA结合位点处。

突变实验表明，破坏IN-CA接触的IN突变体（如E69K、F139D）或CA MHR突变体（如R167A）会导致病毒感染性显著降低、逆转录缺陷及异常病毒颗粒比例增加，其中R167A病毒颗粒特异性富集RNP位于核心外的异常形态。此外，LEDGF/p75的IN结合域（IBD）会干扰IN与CA的结合，导致类似II类突变表型。

综上，本研究揭示IN在成熟CA晶格内腔侧形成规则的丝状体组装体，作为RNA结合模块捕获病毒RNP，其结构与整合体（intasome）相似，可能为病毒DNA整合做准备。CA晶格的MHR区域不仅参与病毒组装和成熟，还通过与IN相互作用帮助RNP整合入核心，为抗HIV药物研发提供新靶点。