膜ミクロドメインと相分離の再検討。ウイルスの観点から

Revisiting Membrane Microdomains and Phase Separation: A Viral Perspective.

• Prabuddha Sengupta
• Jennifer Lippincott-Schwartz

抄録

レトロウイルスは、宿主細胞のタンパク質と脂質の特定のサブセットを、宿主の細胞膜から芽生えるときに選択的に外膜に組み込む。この特殊なウイルス膜の構成は、ウイルスの生存性と感染性の両方に重要である。ここでは、タンパク質と脂質が脂質ベースの相分離機構によってHIVレトロウイルス膜に選別されていることを示す、単一ウイルスの集合体のライブセルイメージングから得られた最近の知見をレビューする。その結果、HIV Gagをアセンブリサイトで多量化すると、コレステロールとスフィンゴ脂質に富む液体秩序の脂質相を作成することが示された。この特殊な脂質環境に親和性のあるタンパク質は、この中に分配され、その結果、タンパク質がウイルス新生膜に選択的に組み込まれることになる。本研究では、HIV Gagがどのようにして脂質アシル鎖のトランスバイレイヤー結合と膜の曲率変化を介してウイルス集合体の相分離を誘導するのかを説明するモデルを提案する。また、多量体化する構造タンパク質に応答する同様の相分離経路は、細胞内の他の出芽構造の膜へのタンパク質の仕分けにも役立つ可能性がある。

Retroviruses selectively incorporate a specific subset of host cell proteins and lipids into their outer membrane when they bud out from the host plasma membrane. This specialized viral membrane composition is critical for both viral survivability and infectivity. Here, we review recent findings from live cell imaging of single virus assembly demonstrating that proteins and lipids sort into the HIV retroviral membrane by a mechanism of lipid-based phase partitioning. The findings showed that multimerizing HIV Gag at the assembly site creates a liquid-ordered lipid phase enriched in cholesterol and sphingolipids. Proteins with affinity for this specialized lipid environment partition into it, resulting in the selective incorporation of proteins into the nascent viral membrane. Building on this and other work in the field, we propose a model describing how HIV Gag induces phase separation of the viral assembly site through a mechanism involving transbilayer coupling of lipid acyl chains and membrane curvature changes. Similar phase-partitioning pathways in response to multimerizing structural proteins likely help sort proteins into the membranes of other budding structures within cells.