今天小编分享的教育经验：施一、高福、齐建勋合作，最新Nature！，欢迎阅读。
2023 年 9 月 12 日，中国科学院微生物研究所施一、高福及齐建勋共同通讯在Nature 在线发表题为 "Molecular mechanism of de novo replication by the Ebola virus polymerase" 的研究论文，该研究揭示了埃博拉病毒聚合酶从头复制的分子机制。该研究以 EBOV L 聚合酶为代表，在酶促实验中发现，L 聚合酶的 novo 复制受 EBOV 基因组特异性 3 ′先导序列控制，至少 3 个碱基可以有效地驱动 RNA 合成的延伸过程，而不依赖于特异性 RNA 序列。
该研究确定了 EBOV L-VP35-RNA 复合物的高分辨率结构，并发现 3 ' 先导 RNA 以独特的稳定弯曲构象结合在模板进入通道中。进一步的突变研究证实了 RNA 的弯曲构象是 RNA 从头复制活性所必需的，并揭示了 L 蛋白中稳定 RNA 构象的关键残基。这些发现为 nsNSV 聚合酶的 RNA 合成提供了新的机制，并揭示了抗病毒药物开发的重要靶点。
负链 RNA 病毒 ( NSVs ) 包括许多高度流行的人类和动物病原体，如埃博拉病毒 ( EBOV ) 、拉沙病毒 ( LASV ) 、尼帕病毒、狂犬病病毒 ( RABV ) 、流感病毒和人类呼吸道合胞病毒 ( HRSV ) 。NSVs 被认为是对全球经济和公共卫生的重大威胁。因此，更好地了解 NSV 复制的分子机制和开发新的抗 NSV 感染的抗病毒药物对于对抗这些病毒至关重要。
根据病毒基因组的组织结构，NSVs 可进一步分为包括 EBOV 在内的非节段 NSVs ( nsNSVs ) 和包括流感病毒在内的节段 NSVs ( sNSVs ) 。nsNSVs 和 sNSVs 的单链 RNA 基因组都与病毒核蛋白组装成螺旋构型的病毒核糖核蛋白 ( vRNP ) 复合物。在 sNSVs 中，每个基因组病毒 RNA ( vRNA ) 片段可以通过在同一病毒群中高度保守的部分互补的 5 ' 和 3 ' 末端形成一个 " 伪环 "。而对于 nsNSVs, vRNA 的 5 ' 和 3 ' 端通常分别位于相反的两端。
所有 NSVs 编码含有 RNA 依赖性 RNA 聚合酶 ( RdRP ) 结构網域的大 RNA 聚合酶，并在 vRNPs 的背景下复制或转录 vRNA 基因组。在过去的几年中，作者对 sNSVs 的复制和转录机制获得了实质性的结构见解，包括正黏液病毒 A 病毒、B 病毒、C 病毒和 D 病毒。许多 sNSV RNA 聚合酶的结构表明，RNA 聚合酶通常具有一个保守的 RdRP 核心，表现为具有拇指、手指和手掌亚结构網域的右手状褶皱，以及其他几个功能结构網域，包括核酸内切酶结构網域和帽结合结构網域。
EBOV L-VP35-RNA 复合物的整体结构（图源自 Nature ）
nsNSVs 的聚合酶在基因组 3 ′端启动转录，先导区和内部基因依次转录成先导 RNA 和具有 5 ′ -cap 和 3 ′ -poly ( A ) 尾结构的单顺反子 mRNA。据推测，nsNSVs 的转录遵循一种启停机制，通过识别每个病毒基因侧面的基因起始 ( GS ) 和基因结束 ( GE ) 信号。每个转录本在各自的 GE 信号处终止后，聚合酶要么与模板分离，要么在其 GS 信号处继续下游转录本的合成。对于基因组复制，聚合酶也在基因组的 3 ' 端启动，产生全长补体基因组 RNA，忽略所有 GS 和 GE 信号。关于聚合酶如何从转录转换到复制的分子机制尚不清楚，这种转换可能受到 P 蛋白磷酸化或其他转录激活因子状态的调节。
目前，在 nsNSV RNA 聚合酶复合物的可用结构中未观察到 RNA 结合。这些聚合酶如何识别基因组和抗基因组 RNA 中的末端启动子元件仍然是难以捉摸的。先前的研究表明，VSV 和 RABV L 蛋白的 N 端残基以及 P 蛋白的 C 端结构網域可能参与病毒 RNA 的结合，因为它们位于模板 RNA 进入通道附近。然而，准确的聚合酶 -RNA 相互作用尚不清楚，这极大地阻碍了人们对 nsNSVs RNA 复制和转录事件的起始机制的分子理解。EBOV 作为非 nsNSV 的代表，对人类具有高致病性，可引起出血热和多器官衰竭等严重临床症状。EBOV RNP 复合体负责病毒 RNA 合成，而 L-VP35 复合体是有效 RNA 聚合活性的基本功能单元。
最近，利用冷冻电镜 ( cryo-EM ) 方法解决了 EBOV L-VP35-RNA 复合物的整体结构，并清楚地显示了 L 蛋白中与辅因子 VP35 四聚体紧密相互作用的活性位点的结构特征。然而，对于识别其 vRNA 启动子的 L 蛋白的功能和结构特征知之甚少，这阻碍了对 EBOV 复制从头起始过程的分子理解。总之，该研究提供了 EBOV L 聚合酶识别基因组 RNA 的第一个结构细节，并揭示了 nsNSV 复制起始的独特机制。这些发现将极大地增强人们对 nsNSV RNA 聚合酶合成 RNA 的机制的理解，并为开发针对 nsNSV 聚合酶的新型抗病毒药物开辟道路。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06608-1
