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病毒研究新发现!RNA病毒聚合酶中的宿主适应区域限制病毒扩散
众创网2021-01-19

在与病毒抗击的路途中,科学家们从未停步。

大多数病毒在造血节肢动物和脊椎动物宿主之间传播,在严重的情况下会引起人类脑炎或出血性疾病。《起源和演变的全球RNA病毒》中说,RNA病毒的宿主范围几乎包括所有细胞形式的生命。病毒 RdRPs 作为RNA病毒编码的基本和最保守的酶,具有悠久的进化历史。

中国科学院武汉病毒研究所研究员龚鹏团队为病毒RdRP的调控机制研究及RdRP相关的宿主适应研究提供了重要线索。该研究工作得到国家重点研发计划项目“畜禽重要病原共感染与协同致病机制研究”和国家自然科学基金面上项目的支持。相关研究成果在线发表于Nucleic Acids Research(《核酸研究》)。

黄病毒是一类分布广泛、种类繁多的单股正链RNA病毒,分布广泛。

黄病毒对人类健康具有重大威胁性,其大多由吸血节肢动物如蚊和蜱作为媒介传播,会引起人类脑炎或出血性疾病。黄病毒种类繁多,包括乙型脑炎病毒(Japanese encephalitis virus,简称JEV)、登革病毒(dengue virus,简称DENV)、寨卡病毒、蜱传脑炎病毒(tick-borne encephalitis virus,简称TBEV)等多种人类致病病原,与丙型肝炎病毒和经典猪瘟病毒同属于黄病毒科。

据悉,黄病毒黄病毒的RdRP位于病毒编码的非结构蛋白NS5的羧基端,与氨基端的甲基转移酶(MTase)形成天然融合体。此前蚊传黄病毒的NS5已有多个三维结构报道,包括全长蛋白、MTase区和RdRP区的结构,而蜱传黄病毒NS5蛋白的全长结构及RdRP三维结构则未获解析。

由RNA病毒编码的RNA依赖RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase,简称RdRP)代表了独特的核酸聚合酶类别,是抗病毒药物研究的热点,在病毒基因组复制和转录过程中发挥核心作用。

由于RNA病毒的宿主范围几乎囊括了所有细胞形式的生命体,作为RNA病毒最保守的蛋白,RdRP在与不同宿主的共同进化过程中,与病毒的宿主适应性之间的关联并不清晰。

此次,中国科学院武汉病毒研究所研究员龚鹏团队与武汉病毒所研究员张波团队合作,系统揭示了NS5的构象多样性和保守性,以及MTase调控RdRP的分子机制。

为了解滴答声相关的飞毛病和相关病毒的 RdRP,研究人员解析了TBEV NS5 MTase 和 RdRP 的晶体结构,发现连接 RdRP 催化图案 B 和 C 区域特别令人好奇。这种跨区域B+C不仅表现在病毒的结构和长度多样性,而且在RNA病毒中也表现出多样性。这一区域虽然对病毒RdRPs的酶活动并无根本影响,也没有废除RNA复制,但它在基于细胞的病毒生产实验中显示出一种致命的表型。该区域位于RdRP手掌区的底部且暴露于蛋白表面,且在黄病毒属的不同宿主分类中具有明显的宿主相关多样性,研究人员认为,该区域可能是RNA病毒中的宿主适应"热点",丰富对病毒RdRPs功能多样性的理解。

B-C区域的长度和结构多样性及其溶剂可访问性特征表明,它可能已成为RdRP进化史上的一个热点。物种间替代保留了RdRP催化活动,但不支持病毒扩散,从而进一步支持其参与其他病毒或宿主活动的可能性。研究人员通过识别滴答声传播病毒和蚊子传播的病毒 RdRPs 之间相对细微的 B-C 区域差异,并在病毒 RdRPs 的背景下概括其高度多样性,指出了RNA病毒最保守的酶模块中可能宿主适应相关区域。然而,这一区域的具体作用和下面的精确机制,无论是病毒病毒还是其他病毒,都需要进一步调查,包括发现区域B-C与病毒和宿主元素的相互作用。

据悉,研究人员分别评测突变对TBEV和JEV的影响后,发现两种病毒体系中突变后的病毒不能维持在细胞中的增殖。研究结果提示B-C连接区很可能参与了RdRP催化以外与病毒增殖相关的重要过程。通过对RdRP的B-C连接区进行系统分析,提示该区域很可能是RNA病毒共有的一个宿主适应热点区域,该研究为病毒RdRP的调控机制研究及RdRP相关的宿主适应研究提供了重要线索。

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