科學家揭示A型流感病毒RNA聚合酶復合體結構

　　A型流感病毒RNA聚合酶復合體四體總體結構及二體、四體、單體之間的轉換

　　1月22日，Molecular Cell 雜志在線發表了題目為Cryo-EM Structure of Influenza Virus RNA Polymerase Complex at 4.3 ? Resolution 的流感病毒RNA聚合酶復合體的結構和功能研究方面的研究成果。

　　流感病毒屬負鏈RNA病毒，有A、B和C型三種類型。其中，A型流感病毒是具有極強的致病性和傳播能力的流感病毒種類，在過去有記錄的人類歷史上，曾經反復爆發，造成人類社會巨大災難。由于流感病毒的快速變異特點，可以不斷產生具有抗藥性、高致病性的新毒株，從而對人類健康構成長期的重大威脅。流感病毒的復制和轉錄由其自身編碼的流感病毒RNA聚合酶復合體負責，它包括PA，PB1和PB2三個亞基，總分子量約為250KD。揭示流感病毒RNA聚合酶復合體的結構是揭示該復合體工作機制的關鍵條件之一，也對控制流感病毒至關重要，國際上對此項研究高度重視。雖然對其結構研究的歷史可追溯長達四十年，但是由于研究該復合體的難度，該復合體結構一直沒有得到揭示。由于其極端重要性，國際上眾多國家的研究團隊對此開展了長期的研究，競爭十分激烈。

　　經過長期不懈的努力，由中國科學院生物物理研究所劉迎芳和清華大學王宏偉課題組等中外多方參與的實驗室經過通力合作，通過使用最新的高分辨率單顆粒冷凍電鏡三維重構技術，解析了含有A型流感病毒RNA聚合酶大部分成分的4.3埃分辨率的四聚體電鏡結構。該復合體涵蓋了流感病毒聚合酶催化活性的核心區域。四聚體的每個單體內部有一個空腔。從三維重構密度圖中可以清晰識別出該空腔內PB1上的催化結構域以及結合的RNA復制起始鏈，推測是進行RNA合成反應的區域。其活性中心結構與正鏈RNA聚合酶具有相似性，由此提出了流感病毒合成新生RNA鏈的機制。在四聚體復合物中，四個單體以D2對稱性排列構成一個近似正方形結構。進一步的生物化學與功能研究發現該RNA聚合酶的寡聚狀態與其結合的不同RNA底物相關，并可以發生單體-二體-四體之間的四級結構轉換，多聚體界面殘基的突變可以大大降低流感病毒的活力。在此基礎上該論文首次提出了流感病毒轉錄和復制的轉換模型，即四聚體是該復合體復制狀態，而單體很可能是轉錄狀態。

　　該項工作是劉迎芳研究組繼PA亞基結構和功能研究之后，在流感病毒聚合酶結構研究領域取得的重大研究突破，從近原子水平上揭示了流感病毒聚合酶復合體的核心結構，對以后的功能機制研究具有重大意義。在該論文的審稿過程中，法國的一個研究組率先在Nature雜志同時發表了兩篇文章，分別報道了B型和蝙蝠流感病毒RNA聚合酶復合體的晶體結構。晶體結構驗證了冷凍電鏡解析的結構模型，但是與本工作揭示的A型流感不同，這些聚合酶僅以單體形式存在，因此無法提出復制的可能機制。

　　該項目主要研究成員包括常勝海、孫大鵬博士、梁歡歡博士、王家等十余名聯合攻關團隊成員。參加該課題研究的還有：美國UCLA的程根宏教授研究組、瑞士Paul Scherrer Institute的Dr. Meitian Wang研究組以及浙江大學醫學院感染性疾病協同創新中心教授李蘭娟研究組等。感謝國家蛋白質科學研究（北京）設施清華大學、中科院生物物理所電鏡中心、質譜中心等的大力幫助。該項研究課題得到了中國科學院先導B項目、科技部和國家自然科學基金委的資助。