RNA病毒轉錄及基因組復制過(guò)程均不涉及DNA形式，需要由病毒自身編碼的依賴(lài)RNA的RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase，RdRP）來(lái)主導完成。RdRP在特定位點(diǎn)精準而高效地引發(fā)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(chǎn)物至關(guān)重要。根據引發(fā)方式的不同，RdRP可分為依賴(lài)引物（primer-dependent）型和從頭合成（de novo）型兩類(lèi)，后者通常由位于拇指結構域內的“引發(fā)元件”（priming element，PE）輔助RdRP實(shí)現精準高效引發(fā)。然而，不同科屬病毒的RdRP的引發(fā)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(lái)闡釋這類(lèi)RdRP的引發(fā)過(guò)程。

      中國科學(xué)院武漢病毒研究所龔鵬研究員團隊長(cháng)期從事病毒RdRP的催化與調控機制研究，近期該團隊解析了一個(gè)分辨率為3.1埃的經(jīng)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(fā)元件較為完整的結構信息，但結構分析表明該引發(fā)元件仍與引發(fā)位點(diǎn)距離較遠（達9埃左右），需經(jīng)歷變構方可實(shí)現引發(fā)。該團隊利用酶學(xué)方法進(jìn)一步發(fā)現引發(fā)元件中一個(gè)保守的甘氨酸殘基G671對引發(fā)反應有重要貢獻。與野生型（WT）RdRP相比，該位點(diǎn)的突變蛋白的引發(fā)效率明顯降低，其中影響最大的G671P突變體的引發(fā)速率常數k_cat值降低約7倍（圖2）。同時(shí)通過(guò)對C端不同長(cháng)度的截短RdRP的表征，發(fā)現引發(fā)元件尾部665-680區域在RdRP的引發(fā)過(guò)程中發(fā)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(fā)元件在RdRP與模板RNA及NTP底物結合時(shí)，可通過(guò)“誘導契合”方式變構而實(shí)現引發(fā)，進(jìn)而通過(guò)調查代表性從頭合成型RdRP的引發(fā)元件的結構和序列特征提出這一機制很可能具有普適性（圖3）。該研究為全面深入理解病毒RdRP引發(fā)機制提供了重要依據。

      相關(guān)論文近期在線(xiàn)發(fā)表于Nucleic Acids Research（《核酸研究》），此項研究受到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目“禽畜重要病原共感染與協(xié)同致病機制研究”（2018YFD0500100，項目主持人為丁鏟研究員）、國家自然科學(xué)基金面上項目“豬瘟病毒NS5B蛋白N端結構域的功能研究”（31670154，項目主持人為龔鵬研究員）、中國科學(xué)院特別研究助理資助項目（項目主持人為劉偉馳博士）等的支持。武漢病毒所博士生張步玉（主要完成酶學(xué)部分）和博士后劉偉馳（主要完成結構生物學(xué)部分并共同完成酶學(xué)部分）為論文的共同第一作者，博士生莢恒霞和助理研究員逯國亮為共同作者，龔鵬研究員和劉偉馳博士為共同通訊作者。

論文鏈接為：

https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab666/6345470

圖1 CSFV RdRP晶體結構展示了較為完整的引發(fā)元件。A）HCV RdRP引發(fā)復合物的晶體結構。B）CSFV RdRP的整體結構。其中引發(fā)元件為紫紅色。C）瘟病毒屬 RdRP引發(fā)元件結構對比。D）CSFV RdRP引發(fā)元件及其周?chē)鷧^域的立體對像圖。E）瘟病毒屬RdRP引發(fā)元件氨基酸序列保守性分析。

圖2　CSFV RdRP及其突變體的酶學(xué)表征。A-B）WT（A）和G671P突變體（B）的單步引發(fā)反應動(dòng)力學(xué)分析。C-D）G671位點(diǎn)其它突變體（C）和C端截短體（D）的引發(fā)反應動(dòng)力學(xué)分析。其中WT和G671P的米氏方程擬合曲線(xiàn)分別取自A和B。

圖3 RdRP 引發(fā)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(fā)元件的比較。J）從頭合成型RdRP引發(fā)時(shí)的誘導契合模型。當RdRP處于非底物結合狀態(tài)時(shí)，引發(fā)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(fā)元件可經(jīng)歷構象變化后到達RNA模板的末端，同時(shí)穩定參與引發(fā)反應的NTP，實(shí)現精準高效引發(fā)。下圖中的箭頭表示引發(fā)元件達到其引發(fā)狀態(tài)所需構象變化的方向。