今天小編分享的教育經驗：施一、高福、齊建勳合作，最新Nature！，歡迎閱讀。
2023 年 9 月 12 日，中國科學院微生物研究所施一、高福及齊建勳共同通訊在Nature 在線發表題為 "Molecular mechanism of de novo replication by the Ebola virus polymerase" 的研究論文，該研究揭示了埃博拉病毒聚合酶從頭復制的分子機制。該研究以 EBOV L 聚合酶為代表，在酶促實驗中發現，L 聚合酶的 novo 復制受 EBOV 基因組特異性 3 ′先導序列控制，至少 3 個鹼基可以有效地驅動 RNA 合成的延伸過程，而不依賴于特異性 RNA 序列。
該研究确定了 EBOV L-VP35-RNA 復合物的高分辨率結構，并發現 3 ' 先導 RNA 以獨特的穩定彎曲構象結合在模板進入通道中。進一步的突變研究證實了 RNA 的彎曲構象是 RNA 從頭復制活性所必需的，并揭示了 L 蛋白中穩定 RNA 構象的關鍵殘基。這些發現為 nsNSV 聚合酶的 RNA 合成提供了新的機制，并揭示了抗病毒藥物開發的重要靶點。
負鏈 RNA 病毒 ( NSVs ) 包括許多高度流行的人類和動物病原體，如埃博拉病毒 ( EBOV ) 、拉沙病毒 ( LASV ) 、尼帕病毒、狂犬病病毒 ( RABV ) 、流感病毒和人類呼吸道合胞病毒 ( HRSV ) 。NSVs 被認為是對全球經濟和公共衛生的重大威脅。因此，更好地了解 NSV 復制的分子機制和開發新的抗 NSV 感染的抗病毒藥物對于對抗這些病毒至關重要。
根據病毒基因組的組織結構，NSVs 可進一步分為包括 EBOV 在内的非節段 NSVs ( nsNSVs ) 和包括流感病毒在内的節段 NSVs ( sNSVs ) 。nsNSVs 和 sNSVs 的單鏈 RNA 基因組都與病毒核蛋白組裝成螺旋構型的病毒核糖核蛋白 ( vRNP ) 復合物。在 sNSVs 中，每個基因組病毒 RNA ( vRNA ) 片段可以通過在同一病毒群中高度保守的部分互補的 5 ' 和 3 ' 末端形成一個 " 偽環 "。而對于 nsNSVs, vRNA 的 5 ' 和 3 ' 端通常分别位于相反的兩端。
所有 NSVs 編碼含有 RNA 依賴性 RNA 聚合酶 ( RdRP ) 結構網域的大 RNA 聚合酶，并在 vRNPs 的背景下復制或轉錄 vRNA 基因組。在過去的幾年中，作者對 sNSVs 的復制和轉錄機制獲得了實質性的結構見解，包括正黏液病毒 A 病毒、B 病毒、C 病毒和 D 病毒。許多 sNSV RNA 聚合酶的結構表明，RNA 聚合酶通常具有一個保守的 RdRP 核心，表現為具有拇指、手指和手掌亞結構網域的右手狀褶皺，以及其他幾個功能結構網域，包括核酸内切酶結構網域和帽結合結構網域。
EBOV L-VP35-RNA 復合物的整體結構（圖源自 Nature ）
nsNSVs 的聚合酶在基因組 3 ′端啟動轉錄，先導區和内部基因依次轉錄成先導 RNA 和具有 5 ′ -cap 和 3 ′ -poly ( A ) 尾結構的單順反子 mRNA。據推測，nsNSVs 的轉錄遵循一種啟停機制，通過識别每個病毒基因側面的基因起始 ( GS ) 和基因結束 ( GE ) 信号。每個轉錄本在各自的 GE 信号處終止後，聚合酶要麼與模板分離，要麼在其 GS 信号處繼續下遊轉錄本的合成。對于基因組復制，聚合酶也在基因組的 3 ' 端啟動，產生全長補體基因組 RNA，忽略所有 GS 和 GE 信号。關于聚合酶如何從轉錄轉換到復制的分子機制尚不清楚，這種轉換可能受到 P 蛋白磷酸化或其他轉錄激活因子狀态的調節。
目前，在 nsNSV RNA 聚合酶復合物的可用結構中未觀察到 RNA 結合。這些聚合酶如何識别基因組和抗基因組 RNA 中的末端啟動子元件仍然是難以捉摸的。先前的研究表明，VSV 和 RABV L 蛋白的 N 端殘基以及 P 蛋白的 C 端結構網域可能參與病毒 RNA 的結合，因為它們位于模板 RNA 進入通道附近。然而，準确的聚合酶 -RNA 相互作用尚不清楚，這極大地阻礙了人們對 nsNSVs RNA 復制和轉錄事件的起始機制的分子理解。EBOV 作為非 nsNSV 的代表，對人類具有高致病性，可引起出血熱和多器官衰竭等嚴重臨床症狀。EBOV RNP 復合體負責病毒 RNA 合成，而 L-VP35 復合體是有效 RNA 聚合活性的基本功能單元。
最近，利用冷凍電鏡 ( cryo-EM ) 方法解決了 EBOV L-VP35-RNA 復合物的整體結構，并清楚地顯示了 L 蛋白中與輔因子 VP35 四聚體緊密相互作用的活性位點的結構特征。然而，對于識别其 vRNA 啟動子的 L 蛋白的功能和結構特征知之甚少，這阻礙了對 EBOV 復制從頭起始過程的分子理解。總之，該研究提供了 EBOV L 聚合酶識别基因組 RNA 的第一個結構細節，并揭示了 nsNSV 復制起始的獨特機制。這些發現将極大地增強人們對 nsNSV RNA 聚合酶合成 RNA 的機制的理解，并為開發針對 nsNSV 聚合酶的新型抗病毒藥物開辟道路。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06608-1
