病毒所從頭合成型病毒RdRP引發RNA合成的誘導契合機制

　　RNA病毒轉錄及基因組復制過程均不涉及DNA形式，需要由病毒自身編碼的依賴RNA的RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase，RdRP）來主導完成。RdRP在特定位點精準而高效地引發聚合反應對維持病毒基因組的完整性及合成正確的轉錄產物至關重要。根據引發方式的不同，RdRP可分為依賴引物型（primer-dependent）和從頭合成型（de novo），后者通常由位于拇指結構域內的“引發元件”（priming element，PE）輔助RdRP實現精準高效引發。然而，不同科屬病毒的RdRP的引發元件在氨基酸序列和三維結構上表現出較高的多樣性，已有研究未能用普適的機制來闡釋這類RdRP的引發過程。

　　中國科學院武漢病毒研究所研究員龔鵬團隊致力于病毒RdRP的催化與調控機制研究。近日，科研團隊解析了一個分辨率為3.1埃的經典豬瘟病毒（classical swine fever virus，CSFV）RdRP的晶體結構（圖1，PDB號：7EKJ），該結構首次展示了同屬病毒RdRP引發元件較為完整的結構信息，而結構分析表明該引發元件與引發位點距離較遠（達9埃左右），需要經歷變構方可實現引發。該團隊利用酶學方法進一步發現引發元件中一個保守的甘氨酸殘基G671對引發反應有重要貢獻。與野生型（WT）RdRP相比，該位點的突變蛋白的引發效率明顯降低，其中影響最大的G671P突變體的引發速率常數k_cat值降低約7倍（圖2）。同時，通過對C端不同長度的截短RdRP的表征，發現引發元件尾部665-680區域在RdRP的引發過程中發揮重要作用。結合在CSFV的同科病毒丙型肝炎病毒（hepatitis C virus，HCV）和登革病毒（dengue virus，DENV）中的比較性研究，該團隊據此提出RdRP的引發元件在RdRP與模板RNA及NTP底物結合時，可通過“誘導契合”方式變構而實現引發，進而通過調查代表性從頭合成型RdRP的引發元件的結構和序列特征提出這一機制或具有普適性（圖3）。該研究為全面深入理解病毒RdRP引發機制提供了重要依據。

　　相關論文近期在線發表在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上。研究工作得到國家重點研發計劃項目“禽畜重要病原共感染與協同致病機制研究”、國家自然科學基金面上項目“豬瘟病毒NS5B蛋白N端結構域的功能研究”、中科院特別研究助理資助項目等的支持。

　　圖1.CSFV RdRP晶體結構展示了較為完整的引發元件。A、HCV RdRP引發復合物的晶體結構；B、CSFV RdRP的整體結構，其中引發元件為紫紅色；C、瘟病毒屬 RdRP引發元件結構對比；D、CSFV RdRP引發元件及其周圍區域的立體對像圖；E、瘟病毒屬RdRP引發元件氨基酸序列保守性分析。

　　圖2.CSFV RdRP及其突變體的酶學表征。A-B：WT（A）和G671P突變體（B）的單步引發反應動力學分析。C-D：G671位點其他突變體（C）和C端截短體（D）的引發反應動力學分析。其中，WT和G671P的米氏方程擬合曲線分別取自A和B。

　　圖3.RdRP引發元件的結構比較提示RdRP從頭合成可能具有普適性的誘導契合機制。A-I、代表性病毒 RdRP引發元件的比較。J、從頭合成型RdRP引發時的誘導契合模型。當RdRP處于非底物結合狀態時，引發元件可具有多種構象（左上圖和下圖1-4），而RdRP結合模板RNA和NTP后，引發元件可經歷構象變化后到達RNA模板的末端，同時穩定參與引發反應的NTP，實現精準高效引發。下圖中的箭頭表示引發元件達到其引發狀態所需構象變化的方向。