中大新聞網(wǎng)訊（通訊員梁歡歡、吳益喜）流感病毒 (Influenza virus)對(duì)人類(lèi)健康構(gòu)成了長(zhǎng)期的重大威脅。流感病毒RNA聚合酶（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為FluPol）是由PA、PB1和PB2三個(gè)亞基組成的異源復(fù)合物，它同時(shí)負(fù)責(zé)病毒基因組的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制。研究表明，聚合酶在轉(zhuǎn)錄和復(fù)制功能之間的切換是至關(guān)重要的。在感染初期，F(xiàn)luPol主要進(jìn)行轉(zhuǎn)錄過(guò)程，合成含PolyA尾的mRNA；而在感染后期，F(xiàn)luPol主要進(jìn)行復(fù)制過(guò)程，產(chǎn)生子代vRNA基因組。盡管近年來(lái)多種FluPol復(fù)合體的結(jié)構(gòu)被解析，F(xiàn)luPol如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄和復(fù)制功能切換的機(jī)制仍不清楚。
針對(duì)上述科學(xué)問(wèn)題，中山大學(xué)藥學(xué)院（深圳）梁歡歡教授和中山大學(xué)醫(yī)學(xué)院劉迎芳教授聯(lián)合課題組，聯(lián)合清華大學(xué)饒子和院士研究組、浙江大學(xué)張興教授和中山大學(xué)附屬第六醫(yī)院蘭平教授等科研團(tuán)隊(duì)，解析了來(lái)源于禽流感病毒（H5N1）的FluPol結(jié)合vRNA 啟動(dòng)子的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)（分辨率3.7 ?）。該結(jié)構(gòu)與以往已發(fā)表的FluPol轉(zhuǎn)錄態(tài)和復(fù)制態(tài)具有較大的構(gòu)象差異，動(dòng)態(tài)模擬顯示從該結(jié)構(gòu)可以方便地在轉(zhuǎn)錄態(tài)或復(fù)制態(tài)之間切換，表明其是FluPol在病毒兩個(gè)生命過(guò)程之間轉(zhuǎn)換的一種過(guò)渡態(tài)。如果突變破壞維持該結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵氨基酸，F(xiàn)luPol的體內(nèi)和體外的轉(zhuǎn)錄或復(fù)制活性受到顯著影響，這說(shuō)明維持這種過(guò)渡態(tài)的構(gòu)象對(duì)聚合酶的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制活性至關(guān)重要。
圖1 感病毒H5N1聚合酶結(jié)合vRNA promoter的電鏡結(jié)構(gòu)
根據(jù)以上結(jié)果，研究人員提出了一個(gè)FluPol在轉(zhuǎn)錄與復(fù)制功能轉(zhuǎn)換的分子機(jī)制模型。在流感病毒感染早期，宿主細(xì)胞內(nèi)Pol II結(jié)合并激活FluPol，使其構(gòu)象由過(guò)渡態(tài)向轉(zhuǎn)錄起始狀態(tài)轉(zhuǎn)換，啟動(dòng)病毒轉(zhuǎn)錄；轉(zhuǎn)錄結(jié)束后，F(xiàn)luPol回到過(guò)渡態(tài)構(gòu)象。一旦新合成的FluPol積累起來(lái)，在宿主因子ANP32A的介導(dǎo)下，結(jié)合在病毒基因組RNA上的過(guò)渡態(tài)FluPol與游離態(tài)的FluPol形成不對(duì)稱(chēng)的二聚體，介導(dǎo)聚合酶由過(guò)渡態(tài)轉(zhuǎn)換為復(fù)制態(tài)，從而開(kāi)啟復(fù)制周期。同時(shí)，研究人員推測(cè)FluPol的這種過(guò)渡態(tài)構(gòu)象還可能反映了FluPol在病毒顆粒中的真實(shí)狀態(tài)。
圖2 聚合酶轉(zhuǎn)錄態(tài)、復(fù)制態(tài)和過(guò)渡態(tài)之間的轉(zhuǎn)換
這項(xiàng)研究不僅進(jìn)一步揭示和完善了流感病毒RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制工作機(jī)制，而且為開(kāi)發(fā)新的抗流感藥物提供了新的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。該研究論文于2023年7月24日在Nature Structural & Molecular Biology雜志上在線(xiàn)發(fā)表。其中，中山大學(xué)藥學(xué)院（深圳）梁歡歡教授和中山大學(xué)醫(yī)學(xué)院劉迎芳教授為論文的共同通訊作者。清華大學(xué)饒子和院士及其團(tuán)隊(duì)的王權(quán)博士等合作者給予了大力幫助并做出了重要貢獻(xiàn)。中山大學(xué)附屬第六醫(yī)院的李歡歡博士、中山大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士研究生吳益喜和黎敏科，以及中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所郭路博士為共同第一作者。據(jù)了解，該研究團(tuán)隊(duì)在流感病毒RNA聚合酶結(jié)構(gòu)與功能機(jī)制研究方面已經(jīng)發(fā)表了多篇重要成果（Nature, 2008, 2009; Molecular Cell, 2015）。其中，發(fā)現(xiàn)和解析的FluPol上的核酸酶位點(diǎn)（Nature，2009），已經(jīng)被日本鹽野義及美國(guó)羅氏醫(yī)藥公司用于成功開(kāi)發(fā)了強(qiáng)大的抗流感病毒藥物瑪巴洛沙韋。本論文工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、廣東省珠江引進(jìn)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)等項(xiàng)目基金的支持。
