RNA病毒是一類獨特的生命形式，其轉(zhuǎn)錄及基因組復制過程均不涉及DNA形式，因此需要由病毒自身編碼的依賴RNA的RNA聚合酶（RdRP）來主導完成。和其他類別的持續(xù)合成聚合酶類似，病毒RdRP可準確而高效地實現(xiàn)多達數(shù)萬個核苷酸的合成，因此需要將催化復合物的穩(wěn)定性維持在較高的水平。在DNA復制過程中，某些DNA聚合酶可招募能嵌套在雙鏈DNA上并沿雙鏈滑動的環(huán)狀復合物“sliding clamp”，從而提升聚合酶催化復合物的穩(wěn)定性。但迄今為止尚未在病毒RdRP合成核酸的過程中發(fā)現(xiàn)類似機制。

中國科學院武漢病毒研究所/生物安全大科學研究中心研究員龔鵬課題組長期從事病毒RdRP的催化與調(diào)控機制研究，近期該團隊解析了分辨率為1.8埃的腸道病毒（enterovirus, EV）RdRP（又稱3D^pol）與RNA形成的延伸復合物的晶體結(jié)構(gòu)（圖A，PDB號：6KWQ），發(fā)現(xiàn)位于RdRP催化中心下游的5’末端鳥嘌呤堿基與位于RdRP手指區(qū)的一個表面口袋形成了一組精細的相互作用，其中殘基H44和R277從兩側(cè)與鳥嘌呤形成的類似“三明治”形式的疏水堆積作用尤為重要（圖B）。通過基于凝膠電泳和停流熒光的多種酶學表征方法系統(tǒng)性比較野生型RdRP及其H44位和R277位突變體，發(fā)現(xiàn)這個堿基結(jié)合口袋可增強RdRP與RNA的結(jié)合并提升延伸復合物的穩(wěn)定性，但并不影響RdRP催化的主要酶學參數(shù)k_cat和K_{M, NTP}。該團隊通過與武漢病毒所研究員張波課題組合作，發(fā)現(xiàn)R277位對病毒增殖較為重要，而H44位則可發(fā)揮協(xié)同作用。此項研究發(fā)現(xiàn)的RdRP堿基結(jié)合口袋與RNA的相互作用與DNA復制過程中的“sliding clamp”與雙鏈DNA的嵌套作用有異曲同工之妙，均可提升聚合酶催化復合物的穩(wěn)定性。研究人員進一步提出類似的相互作用可能具有普遍性：聚合酶、解旋酶等核酸馬達蛋白均有可能利用合適的表面口袋與核酸建立相互作用，從而調(diào)控其與核酸形成的復合物的穩(wěn)定性（圖C）。

此項研究受到國家重點研發(fā)計劃項目“高致病性病毒轉(zhuǎn)錄復制過程關(guān)鍵蛋白質(zhì)機器的功能和干預機制”（2018YFA0507200，項目首席科學家為武漢病毒所研究員陳新文）的支持。博士研究生石偉和副研究員葉寒青為論文的共同第一作者，相關(guān)論文近期于Nucleic Acids Research（《核酸研究》）上在線發(fā)表。

論文鏈接

　　圖：在腸道病毒RdRP中發(fā)現(xiàn)的一個堿基結(jié)合口袋可調(diào)控聚合酶催化復合物穩(wěn)定性。A）分辨率為1.8埃的腸道病毒RdRP延伸復合物晶體結(jié)構(gòu)。B）復合物下游RNA的5’端堿基與聚合酶手指區(qū)的一個表面口袋發(fā)生相互作用。C）類似的表面口袋與核酸的相互作用有可能在核酸馬達蛋白中普遍存在并對蛋白核酸復合物的穩(wěn)定性產(chǎn)生調(diào)控。

來源： 武漢病毒研究所