RNA病毒包括多种人类和动物致病病原,对人类健康构成严重威胁。这类病毒的基因组复制过程不涉及DNA形式,因此需要由病毒自身编码的依赖RNA的RNA聚合酶(RdRP)来主导完成。病毒RdRP可准确而高效地实现多达数万个核苷酸的合成,并将合成的出错率水平维持在万分之一上下。在其他生命形式中,长链核酸的合成可存在纠错机制,从而使得核酸合成的总体出错率达到更低的水平,以维持物种对基因信息忠实传递的需求。
然而,大多数RNA病毒的基因组复制过程缺少高效的纠错机制,因此RdRP的合成保真度成为RNA病毒变异和进化的关键因素。
中国科学院武汉病毒研究所研究员龚鹏课题组长期从事病毒RdRP的催化与调控机制研究,近期该团队解析了分辨率为2.1-2.5埃的猪瘟病毒(classical swine fever virus, CSFV)NS5B蛋白的系列晶体结构,获得了NS5B分子中RdRP功能区与N端结构域(N-terminal domain, NTD)所形成的分子内相互作用的高分辨率三维结构信息。
基于NTD-RdRP界面的细节,在关键位点设计了系列突变体来实现对界面的扰动。在所解析的五个NS5B点突变体晶体结构中,其中三个整体构象未发生变化,而另外两个结构中的NS5B则呈现出“开放式”构象,不再保有NTD-RdRP分子内相互作用。通过一系列的体外RdRP酶学表征实验,进一步发现NTD-RdRP界面突变可明显降低RdRP的合成保真度,但同时并不影响RdRP链延伸阶段的复合物稳定性和反应性。
此项研究使用的CSFV相关基因材料由武汉大学教授潘兹书提供,此项研究受到国家重点研发计划项目“畜禽重要病原共感染与协同致病机制研究”和国家自然科学基金面上项目的支持。博士研究生刘伟驰为论文第一作者,硕士毕业生石晓玲为共同作者,相关论文近期在Nucleic Acids Research(《核酸研究》)上在线发表。