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研究报道首个病毒RdRP转位中间体晶体结构

来源:科学网 甘晓 2016-08-24 16:48

核酸聚合酶是核酸生物合成的分子机器,是实现核酸遗传信息复制和传递的关键蛋白。在模板序列的指导下,聚合酶以NTP或dNTP为底物将单磷酸核苷(NMP)逐个添加到产物链上。每一次添加过程又称核苷酸添加循环(nucleotide addition cycle或NAC),由底物结合并诱导活性中心关闭、磷酰基转移反应以及聚合酶向模板下游转位三个主要步骤构成,其分子机制是聚合酶领域的核心研究内容。

RNA病毒对人类健康构成严重威胁,超过三分之二的传染性疾病由RNA病毒引起,这类病毒的基因组复制和基因转录由依赖RNA的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase 或 RdRP)执行。前期研究表明,RdRP与DNA聚合酶、依赖DNA的RNA聚合酶、反转录酶等其他主要类型的聚合酶相比,在活性中心关闭和转位这两个关键步骤上具有鲜明的独特性,解析其精确机制将对相关抗病毒研究提供重要依据。中国科学院武汉病毒研究所龚鹏研究员在前期工作中通过解析脊髓灰质炎病毒(poliovirus或PV)RdRP-RNA-NTP复合物系列晶体结构揭示了RdRP活性中心关闭的独特模式,同时提出了RdRP转位中间体假设(Gong and Peersen, 2010)。龚鹏研究团队以手足口病的主要病原体肠道病毒71型(enterovirus 71或EV71)的RdRP为研究对象,通过获取多种类型的RdRP复合物晶体并系统性地尝试在晶体中实现单次和多次核苷酸添加,于近期报道了包括首个转位中间体在内的七个RdRP复合物晶体结构,分辨率为2.5-2.9埃。相关论文于2016年7月12号正式发表在美国科学院院刊Proc Natl Acad Sci USA上。

此次报道的转位中间体结构显示,RdRP模板和产物双链在转位中采取了不对称的运动模式,产物链的转位显着领先于模板链,为进一步剖析转位机制提供了关键信息。此项研究很快在Faculty of 1000上获得著名聚合酶专家Katsuhiko Murakami教授“Exceptional”级别的推荐,并指出:“结构所展示的核酸双链不对称运动从未被观测到,甚至从未被考虑到;因此这项研究非常具备对核酸聚合酶领域产生高度影响的潜力。”

此项研究主要受到中科院百人计划项目和科技部973项目“重要病毒转录复制蛋白复合体的结构功能研究”(2013CB911100,项目首席科学家为陈新文研究员)的支持。论文的第一作者为博士生舒波。

图片由逯国亮、舒波和龚鹏共同提供

病毒RdRP转位中间体结构。浅蓝色链和绿色链分别为模板和产物RNA的骨架在转位前的参考状态,橙色双链为转位中的状态。通过比较两种状态中以球形显示的骨架磷原子的相对位置,可清晰看到产物链向上游(图中左侧)移动的幅度大幅领先于模板链。(生物谷 Bioon.com)

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