武漢病毒所獲得首個病毒RdRP轉位中間體晶體結構

　　核酸聚合酶是核酸生物合成的分子機器，是實現核酸遺傳信息復制和傳遞的關鍵蛋白。在模板序列的指導下，聚合酶以NTP或dNTP為底物將單磷酸核苷（NMP）逐個添加到產物鏈上。每一次添加過程又稱核苷酸添加循環（nucleotide addition cycle或NAC），由底物結合并誘導活性中心關閉、磷酰基轉移反應以及聚合酶向模板下游轉位三個主要步驟構成，其分子機制是聚合酶領域的核心研究內容。

　　RNA病毒對人類健康構成嚴重威脅，超過三分之二的傳染性疾病由RNA病毒引起，這類病毒的基因組復制和基因轉錄由依賴RNA的RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase 或 RdRP）執行。前期研究表明，RdRP與DNA聚合酶、依賴DNA的RNA聚合酶、反轉錄酶等其他主要類型的聚合酶相比，在活性中心關閉和轉位這兩個關鍵步驟上具有鮮明的獨特性，解析其精確機制將對相關抗病毒研究提供重要依據。中國科學院武漢病毒研究所研究員龔鵬在前期工作中通過解析脊髓灰質炎病毒（poliovirus或PV）RdRP-RNA-NTP復合物系列晶體結構揭示了RdRP活性中心關閉的獨特模式，同時提出了RdRP轉位中間體假設（Gong and Peersen, 2010）。龔鵬研究團隊以手足口病的主要病原體腸道病毒71型（enterovirus 71或EV71）的RdRP為研究對象，通過獲取多種類型的RdRP復合物晶體并系統性地嘗試在晶體中實現單次和多次核苷酸添加，于近期報道了包括首個轉位中間體在內的七個RdRP復合物晶體結構，分辨率為2.5-2.9埃。相關論文于7月12日正式發表在《美國科學院院刊》（PNAS）上。

　　此次報道的轉位中間體結構顯示，RdRP模板和產物雙鏈在轉位中采取了不對稱的運動模式，產物鏈的轉位顯著領先于模板鏈，為進一步剖析轉位機制提供了關鍵信息。此項研究很快在Faculty of 1000上獲得著名聚合酶專家Katsuhiko Murakami教授“Exceptional”級別的推薦，并指出：“結構所展示的核酸雙鏈不對稱運動從未被觀測到，甚至從未被考慮到；因此這項研究非常具備對核酸聚合酶領域產生高度影響的潛力。”

　　此項研究主要受到中科院“百人計劃”項目和科技部“973”項目“重要病毒轉錄復制蛋白復合體的結構功能研究”（2013CB911100，項目首席科學家為研究員陳新文）的支持。論文的第一作者為博士生舒波。

圖：病毒RdRP轉位中間體結構。淺藍色鏈和綠色鏈分別為模板和產物RNA的骨架在轉位前的參考狀態，橙色雙鏈為轉位中的狀態。通過比較兩種狀態中以球形顯示的骨架磷原子的相對位置，可清晰看到產物鏈向上游（圖中左側）移動的幅度大幅領先于模板鏈。