病毒转录态原子模型研究获新进展

4月6日，美国《国家科学院院刊》（PNAS）在线发表了中科院生物物理研究所朱平研究组和孙飞研究组合作的题为“Cryo-EM structure of a transcribing cypovirus”的研究论文。该研究用冷冻电镜三维重构方法，首次解析了处于转录过程中的双链RNA病毒的近原子分辨率（4.1 Å）三维结构，并构建了该病毒转录态的全氨基酸原子结构模型。这是朱平、孙飞和程凌鹏等人继去年在PNAS上发表“Atomic model of a cypovirus built from cryo-EM structure provides insight into the mechanism of mRNA cappin”研究论文后，在双链RNA病毒结构和功能研究领域的又一最新进展。病毒的转录状态是亚稳定状态，难以形成规则排列的晶体，因此目前还没有关于转录态病毒的晶体结构报道。冷冻电镜三维重构技术非常适于解析此类生物大分子复合物的结构，目前已经报道的几个转录态病毒的结构研究工作都是利用冷冻电镜方法完成的，但分辨率只有2nm左右，许多问题仍然没有答案。本项研究首次将转录态双链RNA病毒结构精度推进到近原子分辨率水平，也是目前唯一一个可以看见单个氨基酸残基的病毒转录态冷冻电镜三维重构结果。该研究揭示了双链RNA病毒在其生命周期中的一个重要环节——转录环节中所发生的与其转录功能相适应的构象变化，不仅为长期以来关于双链RNA病毒mRNA的释放通道的假说提供了有力的结构证据，而且还观察到了之前人们预测的此类病毒在mRNA加帽过程中的GTase酶活位点及其和反应底物相互作用的状态，从而揭示了RNA转录和加帽过程中结构蛋白之间相互协调作用使得病毒新生RNA得以顺利流出的机制，澄清了长期以来双链RNA病毒转录过程中RNA释放通道的争论。这为人们进一步认识和理解病毒RNA转录和加帽机制，最终实现对此类病毒自我复制的干预提供了结构基础。该研究是在中国科学院蛋白质科学研究平台的Titan Krios 300kV电镜上完成的。该成果表明中国科学院蛋白质科学研究平台生物成像技术实验室正逐步走向成熟。该文的第一作者是生物物理研究所朱平研究组博士生杨崇文，朱平研究员和程凌鹏副研究员为共同通讯作者，生物物理研究所季刚高工，孙飞研究组博士生张凯等人参与了电镜成像和原子模型构建工作。湖南师范大学刘红荣教授参与了部分研究工作。该研究受到科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的资助。（来源：中科院生物物理研究所）