Vaccinia extracellular virions藉由macropinocytosis進入細胞並利用酸化的環境破壞外層膜

論文：Vaccinia extracellular virions enter cells by macropinocytosis and acid-activated  

       membrane rupture EMBO J 30 (17), 3647-3661 (2011)

報告者：謝欣倍              時間：13:00~14:00, Dec. 28, 2011

講評老師：陳舜華 教授             地點：Room 601

摘要

Vaccinia virus是典型的poxvirus家族，Vaccinia virus具有兩種不同的病毒型態來感染分子，分別是- mature virions (MVs) and extracellular virions (EVs)，與MVs 相比EVs內的MV-like particles被兩層膜包裹著。MVs主要與Vaccinia virus cell-to-cell的感染有關，而EVs則是和tissue-to-tissue的感染路徑有關(figure1)，EVs release到細胞外之後再去感染細胞，因此EVs可以擴大整個Vaccinia virus感染範圍和速率，不過直至本篇paper之間對於EVs如何感染細胞的機制尚未清楚，解開EVs感染細胞的mechanism是作者在這裡最主要的目的，由於MVs 與EVs在membrane上的protein是不同的(figure2)，故作者在此推論MVs 和EVs應該是利用不同的mechainsm感染細胞。

Figure1 Mechanism of vaccinia virus spread               Figure2 MVs and EVs

membrane protein

本篇paper中作者利用了大量的螢光顯微鏡和電子顯微鏡解釋整個機制，從實驗結果可以發現EVs進入細胞時具有下列幾點特性；1.actin的重排2.宿主細胞膜表面的突起3.Na⁺/H⁺交換4.fluid uptake 5.endocytoic vesicle (macropinosome)的形成…等特點判斷EVs進入細胞與MVs一樣都是經由macropinocytosis的機制(從先前的文獻已經知道MVs是利用endocytosis中的macropinocytosis進入細胞當中)。接著endocytoic vesicle會開始產生酸化現象降低了endocytoic vesicle內的環境，由於先前的文獻曾指出EVs在酸性條件下特別的脆弱且敏感的(外膜易破裂)，因此作者推論EVs進入細胞之後藉著endocytoic vesicle內酸化的環境，於是作者使用了inhibitor抑制了endocytoic vesicle的酸化，抑制酸化後降低了EVs的感染力。總結本篇得到以下結論：

總觀整篇paper後有以下幾點值繼續探討：

1.          Vaccinia virus是一種很特別的virus，它屬於一種envelope virus，但照理來說應該直接與細胞fusion進入細胞，但在細胞表現上找不到專屬於vaccinia virus的receptor，因此推論vaccinia virus才會利用macropinocytosis這個mechanism進入細胞當中。

2.          Vaccinia virus的MVs和EVs都是利用macropinocytosis這個mechanism進入細胞當中，但經過作者的實驗後發現，兩者是利用不同的膜上蛋白induce macropinocytosis，至於EVs是藉著哪個膜上蛋白trig整個internalized是可以在深入探討的。

3.          本篇paper中使用了一種mutant strain加強了EVs outer membrane的穩定性，使其不容易受到酸化環境的影響，因此推論mutant strain應該是利用不同的mechanism打破outer membrane。

4.          EVs因為多了outer membrane所以在細胞外移動過程中不容易受到antibody neutralize，能夠快速、成功的擴大感染範圍。

5.          Vaccinia virus已經是一種相當古老、使用相當頻繁的virus，除了最廣為人知的牛痘疫苗外，由於vaccinia virus高度的穩定性，近年來被當作其他疾病基因治療中的vector。

參考資料：

1.      Law M, Carter GC, Roberts KL, Hollinshead M, Smith GL (2006) Ligand-induced and nonfusogenic dissolution of a viral membrane. Proc Natl Acad Sci USA 103: 5989–5994

2.      Mercer J, Helenius A (2009) Virus entry by macropinocytosis. Nat Cell Biol 11: 510–520