武漢病毒所等獲得草魚呼腸孤病毒衣殼內部的核酸和聚合酶複合物結構

2020-12-08 中國科學院

武漢病毒所等獲得草魚呼腸孤病毒衣殼內部的核酸和聚合酶複合物結構

2018-07-09 武漢病毒研究所

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語音播報

　　6月25日，《美國國家科學院院刊》（PNAS）在線發表了中國科學院武漢病毒研究所研究員方勤與湖南師範大學教授劉紅榮及清華大學生命科學學院副研究員程凌鵬等人合作的題為Structure of RNA polymerase complex and genome within a dsRNA virus provides insights into the mechanisms of transcription and assembly 的研究論文。

　　該研究利用200kV加速電壓的冷凍電鏡與對稱失配三維重構技術解析了水生呼腸孤病毒/草魚呼腸孤病毒近原子分辨的完整結構，包括病毒顆粒外部雙層二十面體對稱的衣殼和衣殼內部非二十面體對稱的聚合酶、輔助蛋白及病毒核酸結構，精確闡述了聚合酶及其複合物與核酸、衣殼蛋白之間複雜的相互作用及精細的結構信息，研究了該病毒衣殼蛋白通過構象變化來協調聚合酶的複製與轉錄狀態切換的機制。該工作也是目前所報導的用200kV電鏡獲得的尺度最大的生物大分子複合物的近原子解析度結構（由1500多個蛋白聚合成的超過800埃直徑的顆粒，最好的區域結構解析度為3.1埃）。

　　病毒三維結構研究已有50多年，之前的研究僅聚焦在病毒外部二十面體對稱衣殼蛋白結構，而其內部核酸結構通常被認為是柔性無固定結構。2015年劉紅榮與程凌鵬在國際上首次解析並報導了單層衣殼的雙鏈RNA基因組的呼腸孤病毒科病毒CPV內部基因組及相關蛋白結構（Sciences，2015，Vol）349.1347-1350），此次三方合作在國際上首次解析了雙層二十面體衣殼草魚呼腸孤病毒內部聚合酶複合物和核酸的三維結構，為進一步闡明雙鏈RNA病毒內部結構及病毒複製和轉錄機制提供了豐富的結構信息。其研究成果表明呼腸孤病毒科病毒的RNA聚合酶和基因組排列為一個不完整的二重三次對稱，其雙鏈RNA分層狀排列，相鄰的RNA平行排列。此研究成果進一步否定了近二十年來佔據雙鏈RNA病毒研究領域的「病毒衣殼內的RNA基因組和聚合酶呈線軸狀排列」這一主流觀點，為闡明雙鏈RNA病毒的複製和轉錄的分子機制提供了結構基礎。

　　草魚呼腸孤病毒（GCRV）為我國分離鑑定的第一株魚類病毒，擁有自主智慧財產權，也是國際上研究得最為系統的水生動物呼腸孤病毒。方勤團隊對GCRV873毒株的基礎生物學和分子生物學，蛋白表達與純化及其蛋白結構與功能等特性進行了長期而深入的研究，獲得多項國家自然科學基金資助及同類研究國際同行的認可。此前與美國UCLA大學的Prof.Zhou合作，其研究結果相繼在SCI in china，JMB, Cell等雜誌上發表。此次與劉紅榮及程凌鵬的成功合作及共同在PNAS 雜誌上發表論文，充分體現了三方良好的團隊合作精神及交叉學科的互補優勢。此合作研究成果為進一步解析更高解析度的dsRNA病毒結構，及其侵染與複製機制奠定了堅實的基礎。

　　方勤、劉紅榮及程凌鵬為論文的通信作者，湖南師大研究生王勖榮、武漢病毒所助理研究員張付賢為論文共同第一作者。該項研究得到了國家自然科學基金委及病毒學國家重點實驗室開放課題（2016IOV001）等的資助。

　　論文連結

病毒衣殼和內部核酸的結構 

病毒衣殼內RNA聚合酶複合物的結構 

　　6月25日，《美國國家科學院院刊》（PNAS）在線發表了中國科學院武漢病毒研究所研究員方勤與湖南師範大學教授劉紅榮及清華大學生命科學學院副研究員程凌鵬等人合作的題為Structure of RNA polymerase complex and genome within a dsRNA virus provides insights into the mechanisms of transcription and assembly 的研究論文。
　　該研究利用200kV加速電壓的冷凍電鏡與對稱失配三維重構技術解析了水生呼腸孤病毒/草魚呼腸孤病毒近原子分辨的完整結構，包括病毒顆粒外部雙層二十面體對稱的衣殼和衣殼內部非二十面體對稱的聚合酶、輔助蛋白及病毒核酸結構，精確闡述了聚合酶及其複合物與核酸、衣殼蛋白之間複雜的相互作用及精細的結構信息，研究了該病毒衣殼蛋白通過構象變化來協調聚合酶的複製與轉錄狀態切換的機制。該工作也是目前所報導的用200kV電鏡獲得的尺度最大的生物大分子複合物的近原子解析度結構（由1500多個蛋白聚合成的超過800埃直徑的顆粒，最好的區域結構解析度為3.1埃）。
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　　方勤、劉紅榮及程凌鵬為論文的通信作者，湖南師大研究生王勖榮、武漢病毒所助理研究員張付賢為論文共同第一作者。該項研究得到了國家自然科學基金委及病毒學國家重點實驗室開放課題（2016IOV001）等的資助。
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病毒衣殼和內部核酸的結構 

病毒衣殼內RNA聚合酶複合物的結構 

列印 責任編輯：葉瑞優

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