Science | 補(bǔ)充教科書(shū)! 彭如超/徐欣等人揭示流感病毒RNA聚合酶組裝分子機(jī)制

流感病毒會(huì)將其 RNA 基因組與多種核蛋白包裹在一起，并且包含聚合酶的核糖核蛋白（RNP）復(fù)合物會(huì)驅(qū)動(dòng)病毒基因組的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制，這使其成為一個(gè)有前景的藥物靶點(diǎn)。

2025年5月15日，賓夕法尼亞大學(xué)Yi-Wei Chang團(tuán)隊(duì)（彭如超和徐欣為共同第一作者）在Science在線發(fā)表題為“Molecular basis of influenza ribonucleoprotein complex assembly and processive RNA synthesis”的研究論文，該研究通過(guò)結(jié)合冷凍電子顯微鏡單顆粒分析和冷凍電子斷層掃描技術(shù)，確定了流感 RNP 是一種右手螺旋、反向平行的雙螺旋結(jié)構(gòu)，其中病毒 RNA 被封裝在次要溝槽中。

每個(gè)核蛋白亞基通過(guò)一個(gè)靈活的尾環(huán)連接，該尾環(huán)插入其相鄰分子的保守凹槽中。該研究可視化了 RNP 中的病毒聚合酶在不同功能狀態(tài)下的形態(tài)，揭示了它如何在保持 RNP 雙螺旋結(jié)構(gòu)的同時(shí)訪問(wèn) RNA 模板，同時(shí)通過(guò)鏈滑動(dòng)來(lái)維持這種結(jié)構(gòu)。針對(duì)尾環(huán)結(jié)合界面，該研究確定了潛在的抗流感抑制劑候選化合物。這些發(fā)現(xiàn)闡明了流感病毒復(fù)制所依賴(lài)的分子決定因素，并突出了抗病毒開(kāi)發(fā)的一個(gè)有前景的靶標(biāo)。‘

流感病毒是全球范圍內(nèi)長(zhǎng)期存在的公共衛(wèi)生問(wèn)題，它會(huì)導(dǎo)致人類(lèi)和其他動(dòng)物反復(fù)出現(xiàn)季節(jié)性流感以及偶爾發(fā)生的全球性大流行。目前的疫苗和抗病毒藥物主要針對(duì)病毒的包膜蛋白，這些蛋白容易發(fā)生變異，從而導(dǎo)致療效下降以及隨著時(shí)間的推移出現(xiàn)耐藥性。

相比之下，病毒內(nèi)部的核糖核蛋白（RNP）復(fù)合物在進(jìn)化上更為保守，這使其成為開(kāi)發(fā)廣譜抗病毒藥物的有前景的目標(biāo)。每個(gè) RNP 復(fù)合物由一個(gè)與多個(gè)核蛋白（NP）亞基結(jié)合的病毒基因組 RNA 片段以及一個(gè)聚合酶復(fù)合物組成，該復(fù)合物在宿主細(xì)胞中執(zhí)行病毒基因組的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制過(guò)程。盡管它們?cè)诠δ苌现陵P(guān)重要，但 RNP 組裝及其工作機(jī)制的高分辨率結(jié)構(gòu)理解一直未能實(shí)現(xiàn)。

流感核糖核酸的分子結(jié)構(gòu)與工作機(jī)制（圖源自

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對(duì)重組流感 D 核蛋白核糖核酸（RNP）進(jìn)行冷凍電子顯微鏡單顆粒分析，揭示出一種右手型、反平行的核蛋白聚合物雙螺旋結(jié)構(gòu)，其中 RNA 包裹在堿基對(duì)的凹槽內(nèi)，相鄰的核蛋白亞基通過(guò)一個(gè)保守的尾環(huán)連接在一起。對(duì)從流感 A 病毒顆粒中純化的天然 RNP 進(jìn)行子體斷層平均分析，證實(shí)了這些特征，并進(jìn)一步確定了多種不同的構(gòu)象，表明雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)存在動(dòng)態(tài)的鏈間運(yùn)動(dòng)。

在啟動(dòng)前和延伸狀態(tài)下觀察到的聚合酶復(fù)合物始終與 RNP 外部相連，這支持了一種螺旋鏈滑動(dòng)模型，即聚合酶沿著 RNA 模板進(jìn)行 RNA 合成，同時(shí)保持 RNP 的整體雙螺旋結(jié)構(gòu)。這種機(jī)制是由連接相鄰核蛋白的靈活尾環(huán)實(shí)現(xiàn)的，該尾環(huán)使得雙螺旋 RNP 具有高度動(dòng)態(tài)性，并容易發(fā)生滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，且具有較低的能量障礙。針對(duì)核蛋白尾環(huán)結(jié)合界面的虛擬篩選發(fā)現(xiàn)了能有效抑制細(xì)胞培養(yǎng)中流感病毒復(fù)制的先導(dǎo)化合物。

文章出處：Peng R, Xu X, Nepal B, Gong Y, Li F, Ferretti MB, Zhou M, Lynch KW, Burslem GM, Kortagere S, Marmorstein R, Chang YW. Molecular basis of influenza ribonucleoprotein complex assembly and processive RNA synthesis. Science. 2025 May 15;388(6748):eadq7597. doi: 10.1126/science.adq7597. Epub 2025 May 15. PMID: 40373132; PMCID: PMC12240686.

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