臺大團隊與中央研究院抗癌研究大突破發現蝦白點症病毒新穎DNA擬態蛋白質毒殺細胞作用機制

臺灣大學生命科學院院長羅竹芳與中央研究院副院長王惠鈞帶領臺大生化所和動物所博士班學生協力合作從結構生物學及細胞生物學探究蝦白點症病毒新穎蛋白質ICP11的功能。研究結果發現，由結構生物學的方法解出ICP11蛋白質是一模仿 DNA結構的蛋白質，由細胞生物學則進一步發現它可與宿主histone結合並瓦解宿主染色體。本研究同時也證實ICP11有加強核酸酶活性的功能。經由蝦白點症病毒ICP11的研究解開了病毒抗宿主的新穎策略，此為科學界的重要新發現。ICP11不僅具獨特的多功能性，並且在人類細胞中表現的 ICP11 也可以導致細胞的計畫性死亡，因此它也極具潛力使用在高等生物如人類疾病的研究與應用上。本研究成果刊登在2008年12月30日美國國家科學院期刑(Proceeding of the National Academy of Science of the United States of America; PNAS)。

蝦白點症病毒(White spot syndrome virus, WSSV)為一種新的大型DNA病毒，屬於Nimaviridae科的Whispovirus屬，是引起蝦白點症的主要致病原，水生甲殼類感染此病毒會委靡不振，並有極高的死亡率，終而造成重大危害，其影響可遍佈全世界。利用轉錄體學及蛋白體學的研究發現，在病蝦體內感染WSSV的細胞中，病毒蛋白質表現量最高的是一種非結構性蛋白質ICP11(infected cell protein 11)，因而推測知此蛋白勢必在病毒感染過程中扮演重要角色。ICP11 本身是一個充滿負電荷的酸性蛋白質，經由X光繞射 (X-ray Diffraction) 分析晶體結構時發現，本蛋白質的雙聚體可以於晶體內聚合成類似纖維狀的獨特外型，且該纖維與B-form DNA雙股螺旋两者的表面負電荷分布方式十分類似上的表面負電荷分布方式B十分類似，這些特性顯示，ICP11 是一個DNA的擬態蛋白質。至今，只有極少數的DNA擬態蛋白質被發現，因此本研究成果可以延伸科學界於此領域的知識。

在進一步的功能研究上，藉由遠端西方墨點法(Far Western blotting)發現ICP11可與組蛋白(histone)相結合。之後利用組蛋白與DNA結合反應分析(histone-DNA Binding Assays)可觀察到ICP11能有效的防止多種組織蛋白(histone H2A，H2A.x，H2B以及 H3)與DNA之間的結合；而使用免疫螢光染色分析法(immunofluorescence)發現，無論在受感染後的蝦血球細胞或者刻意轉染(transfection)表現ICP11的人類希拉細胞(HeLa cell)，ICP11皆與組蛋白質共分佈於細胞核外，此顯示ICP11具阻止組蛋白質進入細胞核以進行核仁小體(nucleosome)的裝配或進行 DNA修復的作用；另外藉由DNA分解酶增進反應(DNase Enhancer Assay)得知IPC11具有意料之外可增強分解酶活性的功能。綜合以上結果可知ICP11是一種DNA擬態蛋白質，可與組蛋白結合，能阻止組蛋白進入細胞核與DNA形成核仁小體，亦會妨礙組蛋白H2A.x對雙股核酸分子斷裂時的修補作用，另還可增強DNA分解酶的活性，最終導致宿主DNA的受損，宿主細胞因此死亡。

本合作研究結果不僅發現了病毒抗宿主的一種新穎策略，也使病毒的功能基因體研究上更邁進一步，期望在累積一定成果後，可找出有效降低水產養殖業損失的方法。此合作研究成果所產生之另一項重要意義則是瞭解『深入的生物多樣性研究』需受更多的重視。例如水產動物(或其它非模式生物)病毒與宿主間的交互作用，過去因較少深入研究而未發現隱含其中的珍貴且重要新穎蛋白質，這些新穎蛋白質不僅使我們對疾病有更進一步的瞭解，更重要的是它還提示我們許多一般細胞中生命現象的運作模式。

ICP11不僅具獨特的多功能性，並且在人類細胞中表現的 ICP11 也可以導致細胞的計畫性死亡，因此它也極具潛力使用在高等生物如人類疾病的研究與應用上。蝦白點症病毒具大型基因體，所表現的蛋白質的胺基酸序列都非常獨特性，絕大多數蝦白點症病毒蛋白質的功能仍處於未知的狀態。本合作研究為此病毒之功能基因體跨出一大步，將來應有更多新發現。