RNA病毒包括多種人類和動物致病病原，對人類健康構成嚴重威脅。這類病毒的基因組複製過程不涉及DNA形式，因此需要由病毒自身編碼的依賴RNA的RNA聚合酶（RdRP）來主導完成。病毒RdRP可準確而高效地實現多達數萬個核苷酸的合成，並將合成的出錯率水平維持在萬分之一上下。在其他生命形式中，長鏈核酸的合成可存在糾錯機制，從而使得核酸合成的總體出錯率達到更低的水平，以維持物種對基因信息忠實傳遞的需求。然而，大多數RNA病毒的基因組複製過程缺少高效的糾錯機制，因此RdRP的合成保真度成為RNA病毒變異和進化的關鍵因素。通過病毒與其宿主的共進化，病毒RdRP可實現對保真度水平的精確控制，過高的保真度將使得病毒缺少足夠的基因突變儲備以應對選擇壓力，過低的保真度則導致病毒基因信息難以穩定傳續（Crotty, Cameron, Andino, PNAS 2001）。Raul Andino等人據此提出了基於基因組複製保真度調控的RNA病毒減毒疫苗研製策略（Vignuzzi, Wendt, Andino, Nat Med 2008），然而，病毒RdRP維持其最優保真度的機制仍不清晰，為相應的理性化疫苗設計和研製帶來困難。
中國科學院武漢病毒研究所研究員龔鵬課題組長期從事病毒RdRP的催化與調控機制研究，近期該團隊解析了解析度為2.1-2.5埃的豬瘟病毒（classical swine fever virus, CSFV）NS5B蛋白的系列晶體結構（代表性PDB號：5YF6），獲得了NS5B分子中RdRP功能區與N端結構域（N-terminal domain, NTD）所形成的分子內相互作用的高解析度三維結構信息。基於NTD-RdRP界面的細節，在關鍵位點設計了系列突變體來實現對界面的擾動。在所解析的五個NS5B點突變體晶體結構中，其中三個整體構象未發生變化，而另外兩個結構中的NS5B則呈現出「開放式」構象（代表性PDB號：5YF8），不再保有NTD-RdRP分子內相互作用。通過一系列的體外RdRP酶學表徵實驗，進一步發現NTD-RdRP界面突變可明顯降低RdRP的合成保真度，但同時並不影響RdRP鏈延伸階段的複合物穩定性和反應性。CSFV隸屬於黃病毒科瘟病毒屬，同科不同屬的代表性病毒還包括C型肝炎病毒、乙型腦炎病毒、登革病毒等，但NTD在瘟病毒屬外沒有同源序列和同源結構，因此NTD作為一個融合結構域來調控RdRP的保真度是一種新穎而獨特的機制。此項研究也為瘟病毒的減毒疫苗理性化設計提供了理論依據和理想的突變靶向位點。
此項研究使用的CSFV相關基因材料由武漢大學教授潘茲書提供，此項研究受到國家重點研發計劃項目「畜禽重要病原共感染與協同致病機制研究」（2018YFD0500100，項目首席科學家為中國農業科學院上海獸醫研究所研究員丁鏟）和國家自然科學基金面上項目「豬瘟病毒NS5B蛋白N端結構域的功能研究」（31670154，項目主持人為龔鵬）的支持。博士研究生劉偉馳為論文第一作者，碩士畢業生石曉玲為共同作者，相關論文近期在Nucleic Acids Research（《核酸研究》）上在線發表。
論文連結
圖：在豬瘟病毒NS5B蛋白中發現的RdRP保真度調控獨特機制。A）利用蛋白質晶體學方法觀測到的兩種NS5B整體構象。左側：關閉式構象中，RdRP的手掌（Palm）結構域與NTD形成分子內相互作用；右側：開放式構像中，NTD-RdRP分子內相互作用被破壞。B）一種NTD-RdRP界面突變體（AA）導致RdRP錯配反應速率常數提升為野生型蛋白（WT）的三倍以上，提示界面相互作用對維持RdRP的保真度至關重要。
RNA病毒包括多種人類和動物致病病原，對人類健康構成嚴重威脅。這類病毒的基因組複製過程不涉及DNA形式，因此需要由病毒自身編碼的依賴RNA的RNA聚合酶（RdRP）來主導完成。病毒RdRP可準確而高效地實現多達數萬個核苷酸的合成，並將合成的出錯率水平維持在萬分之一上下。在其他生命形式中，長鏈核酸的合成可存在糾錯機制，從而使得核酸合成的總體出錯率達到更低的水平，以維持物種對基因信息忠實傳遞的需求。然而，大多數RNA病毒的基因組複製過程缺少高效的糾錯機制，因此RdRP的合成保真度成為RNA病毒變異和進化的關鍵因素。通過病毒與其宿主的共進化，病毒RdRP可實現對保真度水平的精確控制，過高的保真度將使得病毒缺少足夠的基因突變儲備以應對選擇壓力，過低的保真度則導致病毒基因信息難以穩定傳續（Crotty, Cameron, Andino, PNAS 2001）。Raul Andino等人據此提出了基於基因組複製保真度調控的RNA病毒減毒疫苗研製策略（Vignuzzi, Wendt, Andino, Nat Med 2008），然而，病毒RdRP維持其最優保真度的機制仍不清晰，為相應的理性化疫苗設計和研製帶來困難。
中國科學院武漢病毒研究所研究員龔鵬課題組長期從事病毒RdRP的催化與調控機制研究，近期該團隊解析了解析度為2.1-2.5埃的豬瘟病毒（classical swine fever virus, CSFV）NS5B蛋白的系列晶體結構（代表性PDB號：5YF6），獲得了NS5B分子中RdRP功能區與N端結構域（N-terminal domain, NTD）所形成的分子內相互作用的高解析度三維結構信息。基於NTD-RdRP界面的細節，在關鍵位點設計了系列突變體來實現對界面的擾動。在所解析的五個NS5B點突變體晶體結構中，其中三個整體構象未發生變化，而另外兩個結構中的NS5B則呈現出「開放式」構象（代表性PDB號：5YF8），不再保有NTD-RdRP分子內相互作用。通過一系列的體外RdRP酶學表徵實驗，進一步發現NTD-RdRP界面突變可明顯降低RdRP的合成保真度，但同時並不影響RdRP鏈延伸階段的複合物穩定性和反應性。CSFV隸屬於黃病毒科瘟病毒屬，同科不同屬的代表性病毒還包括C型肝炎病毒、乙型腦炎病毒、登革病毒等，但NTD在瘟病毒屬外沒有同源序列和同源結構，因此NTD作為一個融合結構域來調控RdRP的保真度是一種新穎而獨特的機制。此項研究也為瘟病毒的減毒疫苗理性化設計提供了理論依據和理想的突變靶向位點。
此項研究使用的CSFV相關基因材料由武漢大學教授潘茲書提供，此項研究受到國家重點研發計劃項目「畜禽重要病原共感染與協同致病機制研究」（2018YFD0500100，項目首席科學家為中國農業科學院上海獸醫研究所研究員丁鏟）和國家自然科學基金面上項目「豬瘟病毒NS5B蛋白N端結構域的功能研究」（31670154，項目主持人為龔鵬）的支持。博士研究生劉偉馳為論文第一作者，碩士畢業生石曉玲為共同作者，相關論文近期在Nucleic Acids Research（《核酸研究》）上在線發表。
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圖：在豬瘟病毒NS5B蛋白中發現的RdRP保真度調控獨特機制。A）利用蛋白質晶體學方法觀測到的兩種NS5B整體構象。左側：關閉式構象中，RdRP的手掌（Palm）結構域與NTD形成分子內相互作用；右側：開放式構像中，NTD-RdRP分子內相互作用被破壞。B）一種NTD-RdRP界面突變體（AA）導致RdRP錯配反應速率常數提升為野生型蛋白（WT）的三倍以上，提示界面相互作用對維持RdRP的保真度至關重要。