科研動態(tài)

近日，蘭州大學動物醫(yī)學與生物安全學院/中國農(nóng)業(yè)科學院蘭州獸醫(yī)研究所聯(lián)合中國科學院生物物理研究所在《Nature Communications》期刊發(fā)表題為“Structural basis of RNA polymerase complexes in African swine fever virus”的研究論文，揭示了非洲豬瘟病毒（ASFV）RNA聚合酶（RNAP）復合體及其與轉(zhuǎn)錄泡結(jié)合的三維結(jié)構(gòu)，為理解ASFV的轉(zhuǎn)錄周期及疫苗和藥物研發(fā)提供了新思路。

非洲豬瘟是危害世界養(yǎng)豬業(yè)已逾百年的“頭號殺手”，它是由ASFV感染家豬和野豬引起的一種急性烈性傳染病，嚴重危害世界養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)。ASFV作為核質(zhì)大DNA病毒，類似于牛痘病毒，自身可以編碼與真核生物同源的RNAP核心亞基與轉(zhuǎn)錄因子，而不依賴宿主細胞完成轉(zhuǎn)錄過程。RNAP復合體作為ASFV生命周期關(guān)鍵的多功能蛋白質(zhì)機器，負責基因組的轉(zhuǎn)錄和調(diào)控，研究其結(jié)構(gòu)和功能意義重大。然而，由于組成RNAP復合體的亞基眾多、不同轉(zhuǎn)錄狀態(tài)其組成和構(gòu)象會動態(tài)變化，ASFV轉(zhuǎn)錄調(diào)控的分子機制仍然尚不清楚。

圖：非洲豬瘟病毒內(nèi)源RNA聚合酶復合體及延伸復合體結(jié)構(gòu)

本研究利用親和標簽和蔗糖密度梯度離心純化了感染狀態(tài)下的內(nèi)源ASFV RNAP，解析了多種天然構(gòu)象的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。此外，利用ASFV早期轉(zhuǎn)錄基因片段模擬轉(zhuǎn)錄泡結(jié)構(gòu)，獲得了轉(zhuǎn)錄延伸狀態(tài)下的構(gòu)象。體外功能實驗表明，內(nèi)源ASFV RNAP可以利用轉(zhuǎn)錄泡在體外延伸引物鏈。ASFV RNAP與經(jīng)典RNAP的核心結(jié)構(gòu)相似，但在外表面有一些獨特的區(qū)域，可能介導與特定轉(zhuǎn)錄因子的相互作用。尤其是發(fā)現(xiàn)了一個獨特的亞基M1249L，其結(jié)構(gòu)類似于一個“籠子”，將核心亞基包裹在里面，與核心亞基形成了廣泛的相互作用，穩(wěn)定ASFV RNAP的整體結(jié)構(gòu)。M1249L由多個結(jié)構(gòu)域組成，與核心亞基動態(tài)結(jié)合，形成了多種構(gòu)象，不同構(gòu)象間可能互相轉(zhuǎn)換，代表著不同的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)。M1249L C末端結(jié)構(gòu)域深深地插入RNAP內(nèi)部，占據(jù)了核酸結(jié)合位點。與牛痘病毒RNA聚合酶全復合體的結(jié)構(gòu)分析表明，M1249L的結(jié)合導致多種經(jīng)典轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合受阻。因此，M1249L作為ASFV特有的轉(zhuǎn)錄因子，穩(wěn)定ASFV RNAP的整體結(jié)構(gòu)，并通過動態(tài)結(jié)合機制調(diào)控ASFV RNAP的活性。這些研究結(jié)果不僅發(fā)現(xiàn)了天然狀態(tài)下ASFV RNAP獨特的結(jié)構(gòu)特征，還為ASFV防控疫苗和藥物的研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。

近期，來自中國科學院生物物理研究所王祥喜、饒子和團隊聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)科學院哈爾濱獸醫(yī)研究所步志高團隊在《Nature Communications》發(fā)表了相近工作，共同為深入理解非洲豬瘟的致病機制提供了新的視角。

朱國梁青年研究員、席飛博士研究生和曾吳瑕碩士研究生為文章的第一作者，鄭海學研究員、孫飛研究員、朱紫祥研究員和朱赟研究員為文章的通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家生豬產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、農(nóng)科院項目、甘肅省項目、廣東省項目等資助。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55683-z