前病毒假說

前病毒假說(provirus hypothesis)是由美國科學家霍華德·馬丁·特明(Howard Martin Temin)提出的一種假說，認為RNA病毒進人宿主細胞後，首先將RNA複製出DNA(此時的DNA形態的病毒稱為前病毒)。然後病毒DNA與宿主細胞發生整合反應形成宿主的一部分，當需要增殖由病毒DNA通過轉錄過程來完成，該假說解釋了長期不能理解的RNA病毒為何引起細胞癌變的原理。

基本介紹

• 中文名：前病毒假說
• 外文名：provirus hypothesis
• 提出者：霍華德·馬丁·特明(Howard Martin Temin)
• 提出時間：20世紀60年代
• 適用領域範圍：病毒學、遺傳學、腫瘤學

研究簡史

病毒致癌

1910年，美國病理學家勞斯(Farcnis Peyton Rous)通過雞瘤狀組織發現實驗證實病毒可以致癌。但具體機制還未闡明，隨著這種現象普遍性的證明，科學家開始考慮病毒是如何導致癌症的發生。病毒根據遺傳物質可以分為2類，分別為DNA病毒和RNA病毒。勞斯最早發現的病毒(一般稱為勞斯肉瘤病毒RSV)是一種RNA病毒。

DNA前病毒

義大利裔美國病毒學家杜爾貝科(Renato Dulbeeeo)開始以此為材料但一直未取得太大進展，因此轉向了一種DNA病毒——多瘤病毒作為研究對象。杜爾貝科和同事利用分子生物學方法對多瘤病毒的DNA進行了追蹤，結果發現其DNA可以在宿主細胞中出現。根據噬菌體的溶源理論杜爾貝科提出了DNA病毒的致癌理論：病毒感染細菌後可以將自身DNA與宿主染色體DNA通過整合過程溶為一體(此時的病毒被稱為前病毒)。由於宿主細胞獲得了病毒的基因，因此導致癌變。該理論很好地解釋了DNA的致癌機理,同時也對DNA病毒的生活周期有了新的理解。

RNA前病毒

但另一個難題RNA病毒的致癌卻無法使用該理論來解釋，此時一個年輕人特明(30歲)承擔了這個重任。於l960年加入威斯康星大學成為腫瘤學的助理教授，開始了自己對RSV病毒（勞斯肉瘤病毒）的獨立研究。特明對正常細胞和經過RSV感染而發生了轉化的瘤細胞研究發現，感染的病毒可以複製自身，RNA複製機理在當時已經知道。但特明認為既然病毒能夠致癌就可能將自己的基因整合到宿主細胞內，然而RNA是不可能與DNA整合的，他從放線菌素的使用對此找到了重要的證據。

特明使用放線菌素處理腫瘤細胞發現病毒的生成受阻，由於放線菌素只抑制從DNA到NRA的過程，不抑制RNA到RNA的過程，因此這個事實說明在病毒增殖過程有DNA的參與。結合實驗結果和自己的邏輯推理，特明提出了“前病毒假說”。該假說認為，RNA病毒進人宿主細胞後，首先將RNA複製出DNA(此時稱為前病毒)，然後病毒DNA與宿主細胞發生整合反應形成宿主的一部分，當需要增殖時由病毒DNA轉錄來完成。

發現逆轉錄酶

特明提出的理論立刻引起了科學界的軒然大波,因為該理論中出現了一種令人吃驚的信息傳遞方式，從RNA到DNA。早在1958年科學大師克里克就提出了描述信息傳遞的“中心法則”,該法則認為遺傳信息只能從DNA傳遞給RNA，而不可逆行。當時許多科學家甚至包括特明的同事都拒絕接受這個理論。儘管特明隨後又提供了大量的間接證據，但一個關鍵證據——自然界是否存在催化從RNA到DNA的酶還未被發現。

前病毒假說儘管缺乏直接的證據，但在闡明RNA致癌病毒中的重要性還是吸引了大量科學家加人到證明該理論的行列之中，使問題得到了解決。1970年，特明和助手從RSV中分離得到一種RNA依賴的DNA聚合酶，與此同時麻省理工學院的巴爾的摩(DavidBaltimore)也從小鼠白血病病毒分離得到這種酶，病毒內酶的存在證明了前病毒假說的正確性。此時克里克也修改了自己的中心法則，由於遺傳信息從DNA傳遞到RNA被稱為轉錄，因此相反的過程即從RNA到DNA的過程被稱為逆轉錄，相應的酶被稱為逆轉錄酶。

假說定義

在病毒RNA存在的條件下，由於“依賴RNA的DNA聚合酶”(RNA一dependent DNA polymerase)即逆轉錄酶的作用，可以從RNA複製出“Prvoirus”“前病毒”所需的DNA。再由“DNA前病毒”摻入到宿主細胞核的DNA中，引起細胞癌變。

定律影響

這種DNA逆過程的發現，大大補充了以往公認的DNA”RNA”蛋白質的信息傳遞及生物合成順序。它說明了RNA病毒一方面可引起細胞癌變，同時病毒在宿主細胞中還可繼續繁殖，用電子顯微鏡可觀察到這類病毒各個生長階段的病毒體。由於病毒摻入的程度,或潛伏性或表現性的不相同，因此產生了許多理論，提出了“前病毒”、“癌因子Onogoenes”、“原病毒Protoviruses”假說。“前病毒”假說只是其中說法之一種。

套用領域

愛滋病毒基因組 RNA 逆轉錄為 DNA，整合在宿主染色體內形成前病毒（HIV provirus），是根除愛滋病毒的最大障礙。在活細胞內對單拷貝或低拷貝的整合態 HIV 基因標記與成像，對前病毒的識別和切除具有重要意義，但一直是個難題。中國科學院武漢病毒研究所研究員崔宗強與中國科學院生物物理研究所研究員張先恩合作，利用量子點標記轉錄激活子樣效應因子(TALEs)探針，在活細胞內單拷貝基因螢光標記與成像方面取得突破，實現了單拷貝整合態 HIV 前病毒 DNA 原位標記、動態成像和 3D 定位分析。

愛滋病毒RNA逆轉錄為DNA前病毒（HIV provirus