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NAR｜邓涛/高福团队合作揭示甲型流感病毒NS2蛋白驱动病毒RNA由转录向复制转换的关键作用机制

BioArt · 公众号 · 生物 · 2025-02-10 17:30

正文

流感病毒作为严重威胁人类健康并造成重大经济损失的病原体，不仅引发季节性流行，还可能导致全球性流感大流行。流感病毒基因组RNA合成调控是病毒生命周期的关键环节，因此是基础理论研究与抗病毒策略开发重点关注的前沿热点领域。在流感病毒生命周期中，病毒基因组RNA在早期进行高效转录（vRNA→mRNA）来合成病毒的蛋白质，而在后期主要进行病毒基因组高效复制（vRNA→cRNA→vRNA）来合成更多的子代病毒基因组，这种由早期转录优势向后期复制优势转换的发生机制长期未解。

中国科学院微生物研究所邓涛研究员团队长期致力于流感病毒RNA合成调控机制的研究。团队前期研究首次报道，病毒早期表达蛋白NS1和晚期表达蛋白NS2参与动态调控病毒RNA的转录与复制，其中，NS2蛋白可发挥抑制转录和促进复制的双重功能（ Journal of Virology , 2023）；利用重组突变病毒感染系统揭示了NS2蛋白通过与病毒聚合酶（RdRp）协同作用发挥促进复制功能（ Journal of Virology , 2024）；通过解析病毒NS2-RdRp复合体的高分辨率结构（~3.0 Å），首次揭示了NS2通过干扰RdRp与宿主Pol II CTD结合从而抑制转录的分子机制（ EMBO Reports , 2024）。然而，NS2蛋白在促进病毒RNA复制过程中的具体作用环节及其分子机制仍不明确。

2025年1月29日，中国科学院微生物研究所邓涛研究员与高福院士团队合作在 Nucleic Acids Research 在线发表了题为 Influenza A virus NS2 protein acts on vRNA-resident polymerase to drive the transcription to replication switch 的研究论文，该研究 深入揭示了NS2蛋白在病毒感染过程中动态调控病毒RNA由转录向复制转换从而发挥“开关”功能的作用机制。

研究团队首先利用基于病毒RNA启动子序列突变建立的流感病毒RNA单向复制研究系统，发现病毒RNA复制第一步vRNA→cRNA合成的活性显著低于复制第二步cRNA→vRNA合成的活性。通过剂量依赖实验，发现NS2蛋白能够显著促进病毒RNA复制第一步vRNA→cRNA合成

通过vRNA和cRNA启动子元素移植实验，研究发现将3'-vRNA启动子特异性核苷酸替换为3'-cRNA启动子特异性核苷酸后，病毒RNA复制第一步vRNA→cRNA合成活性显著提升，表明RNA启动子特异性核苷酸是决定RNA合成活性的关键特征。然而，当3'-vRNA启动子突变为3'-cRNA启动子特征后，病毒NS2蛋白不再进一步发挥促进病毒RNA复制的作用，表明NS2蛋白促进病毒RNA复制第一步vRNA→cRNA合成的作用与3'-vRNA启动子序列的内在特性密切相关。

作者进一步利用高灵敏的体内互作分析NanoBiT技术，发现NS2蛋白与vRNA结合的病毒聚合酶的相互作用更强。当vRNA逐步突变为cRNA特征后，NS2与聚合酶的相互作用减弱，表明NS2特异性作用于vRNA结合的病毒聚合酶来发挥促进病毒RNA合成的调控作用。

最后，体外病毒RNA复制系统实验也进一步证实NS2蛋白主要促进病毒RNA复制第一步vRNA→cRNA合成。基于这些发现，作者提出NS2蛋白通过作用在vRNA结合的病毒聚合酶上，可能改变了3'-vRNA启动子的结合状态，从而诱导病毒聚合酶从转录构象转变为复制构象。这一转变抑制了病毒RNA转录，同时促进了病毒RNA复制第一步vRNA→cRNA合成，最终整体促进了病毒RNA复制，实现了病毒RNA由转录向复制转换。

图1 NS2蛋白促进病毒RNA复制第一步vRNA→cRNA合成驱动转录-复制转换。

该研究揭示了NS2蛋白在病毒感染过程中发挥动态调控病毒RNA转录-复制转换的“开关”作用，以确保病毒RNA在感染细胞内的高效复制扩增。 这些发现为理解病毒RNA转录和复制调控提供了新的理论基础，并为进一步研究NS2-RdRp复合体的构象变化以及开发新型抗病毒药物奠定了功能基础。

中国科学院微生物研究所与深圳市儿童医院联合培养博士后张磊、微生物所与云南大学联合培养硕士研究生杨邱娴和微生物所硕士研究生邵玥琨为论文共同第一作者，中国科学院微生物研究所邓涛研究员和高福院士为本文共同通讯作者。

原文链接： https://doi.org/10.1093/nar/gkaf027

制版人：十一

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