iScience |南方科技大學鄢仁鴻團隊聯合華南農業大學亓文寶團隊揭示非洲豬瘟病毒DNA聚合酶的復制機制

北京時間12月19日，南方科技大學鄢仁鴻課題組聯合華南農業大學亓文寶團隊，在非洲豬瘟病毒（ASFV）研究領域取得重要進展。相關研究成果以Structural basis for DNA replication by the African Swine Fever Virus polymerase為題，于同日在線發表于Cell子刊

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非洲豬瘟是由ASFV引起的豬烈性傳染病，具有高致死率，自2018年傳入我國以來，已造成巨大經濟損失，嚴重威脅全球養豬業安全。由于ASFV基因組龐大復雜，編碼蛋白眾多，且缺乏有效抗病毒藥物和商業化疫苗，其防控一直是全球獸醫領域的重大難題。病毒DNA聚合酶作為基因組復制的核心“引擎”，是抗病毒藥物開發的關鍵靶點，但ASFV的DNA聚合酶的復制機制此前尚未被完全解析。

研究團隊通過基因編輯技術構建系列Pol β突變體病毒，發現無論是完全敲除Pol β基因，還是截短其關鍵結構域，均會顯著抑制ASFV的正常增殖。免疫熒光實驗進一步證實，Pol β在感染細胞中特異性定位于病毒復制工廠，與病毒DNA精準共定位，直接參與基因組合成過程，明確了其作為病毒復制關鍵蛋白的重要地位。為闡明Pol β的工作機制，團隊利用高分辨率冷凍電鏡技術，成功解析了Pol β截短體（Pol β-ΔC）的三種關鍵構象結構——兩種apo態（分辨率2.92 ?、2.93 ?）和一種dsDNA結合的活性態（分辨率2.53 ?）。結構分析顯示，Pol β包含N端結構域、核酸外切酶域(Exo)及聚合酶核心域（Palm、Finger、Thumb）。其Thumb結構域在apo態中呈現“開放-閉合”動態變化，而結合dsDNA后會發生顯著構象翻轉，與Finger結構域協同包裹DNA底物，形成活性催化中心 (圖1)。

圖1 冷凍電鏡解析的非洲豬瘟病毒DNA聚合酶apo狀態與DNA結合狀態的結構

此外，該研究首次發現，Pol β結合DNA后可形成四聚體復合物，通過結構分析鑒定出R875、E877、Q878等關鍵寡聚化相互作用位點。當這些位點突變后，Pol β的四聚體形成能力喪失，其DNA延伸活性下降超過80%，表明這種寡聚化狀態是其發揮催化活性的必要條件（圖2）。

圖2 寡聚化對非洲豬瘟病毒DNA聚合酶活性至關重要

該研究還通過結構比對發現，ASFV Pol β與猴痘病毒DNA聚合酶具有約23%的序列相似性，但在構象靈活性上存在顯著差異——Pol β通過自身動態構象變化即可完成底物結合與催化調控，而猴痘病毒聚合酶則更依賴輔助蛋白組裝復合物。分子對接分析進一步指出，核苷類似物CDVpp和Ara-CTP可能作為潛在的競爭性抑制劑，為后續藥物設計提供了線索。此外，研究發現ASFV Pol β-ΔC的持續合成能力有限，在單輪復制中延伸引物通常少于38個核苷酸，這與其在病毒工廠內可能需要輔助蛋白（如PCNA）協作的高效復制模式形成對比，揭示了其獨特的復制策略和可干預環節。

南方科技大學醫學院鄢仁鴻副教授、華南農業大學黃麗紅及亓文寶教授為該論文的共同通訊作者。南方科技大學博士生胡紫薇、華南農業大學博士生孫康永杰為本文共同第一作者。研究得到了國家自然科學基金、深圳醫學研究基金、廣東省重大基礎研究項目等資助，并依托南方科技大學冷凍電鏡中心完成。該研究系統闡釋了ASFV DNA聚合酶的工作機制，為抗非洲豬瘟藥物的理性設計提供了全新的靶點與結構模板，有望推動非洲豬瘟防控從“被動撲殺”向“主動干預”轉變，具有重要的科學價值與應用前景。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004225024162

文章轉載 自鄢仁鴻課題組