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Sci Adv丨尼帕病毒RNA依赖的RNA聚合酶复合物结构特征

BioArt · 公众号 · 生物 · 2024-12-14 01:36

正文

非节段负链RNA病毒（nsNSV）包括多种高致病性病毒，如尼帕病毒、埃博拉病毒、马尔堡病毒、腮腺炎病毒等。其中，尼帕病毒（Nipah virus）隶属于副黏病毒科（Paramyxoviridae），于1998年首次在马来西亚地区被发现。尼帕病毒被发现以后，迅速变异并传播至亚洲其他国家，包括新加坡、孟加拉国、印度、柬埔寨以及中国山东省琅琊地区。近年来，亚洲地区尼帕病毒多次爆发小规模感染事件。该病毒通常由动物传染给人，也可以人传人。感染该病毒可引发头疼、发热、肌肉酸痛以及脑炎、肺炎等严重症状，致死率一度高达75% 【1, 2】。然而，截至目前，针对尼帕病毒的疫苗和抗病毒药物仍然处于研发阶段，尚未有上市产品用于预防或治疗尼帕病毒感染。尼帕病毒基因组共编码六种蛋白，包括F蛋白（fusion protein）、G蛋白（ glycoprotein）、 M蛋白（matrix protein）、N蛋白（nucleocapsid）、L蛋白（large polymerase protein）以及P蛋白（phosphoprotein）【3】。其中由L和P蛋白组成的RNA依赖的RNA聚合酶复合物（L-P复合物）是抗病毒药物研发的重要靶标。RNA聚合酶复合物结构信息之前一直是未知的。

2024年12月11日，上海科技大学免疫化学研究所张贺桥/Roger D. Kornberg团队（结构生物化学课题组）与iHuman 研究所Luca Zinzula/张晓骁团队合作在Science Advances上在线发表了题为Cryo-EM structure of Nipah virus RNA polymerase complex的研究论文，报道了尼帕病毒RNA依赖RNA聚合酶复合物的结构特征。

在这项研究中，课题组采用昆虫表达系统，成功重组表达并纯化了纯度高、均一性好的尼帕病毒L-P复合物，并利用单颗粒冷冻电镜重构技术解析了2.9 Å 的高分辨率结构（图1）。结构显示：与其他nsNSV类似，尼帕病毒P蛋白以四聚体形式存在，并通过多个相互作用界面与L蛋白组装形成完整的聚合酶复合物。

图1. 尼帕病毒L-P复合物冷冻电镜重构图及三维结构

基于结构，团队鉴定出了模板RNA、产物RNA以及核苷三磷酸进出聚合酶的通道。有意思的是，与其他结合模板RNA的埃博拉病毒【4】及呼吸道合胞病毒结构【5】对比显示：nsNSV病毒家族中具有多个保守氨基酸参与识别模板RNA（图2）。这一发现提示：nsNSV家族可能具有高度保守的模板RNA识别模式。此外，通过对流行变异株的序列比对，团队标注了结构中容易发生突变的关键氨基酸位点，为未来抗病毒药物和疫苗开发提供了重要的结构基础。

图2. 尼帕病毒L-P复合物模板RNA识别保守的分子机制

上海科技大学免疫化学研究所结构生物化学课题组2024级博士研究生王逸儒、高级工程师赵莉霞、药物发现平台工程师张怡以及iHuman研究所2022级硕士研究生王宇涵为本研究共同第一作者，结构生物化学课题组负责人张贺桥副研究员、Roger Kornberg教授以及iHuman研究所Luca Zinzula和张晓骁副研究员为本论文共同通讯作者。

值得一提的是，本研究中尼帕病毒L-P复合物高分辨率冷冻电镜结构最近被国内外多个课题组所验证：

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr7116

制版人：十一

参考文献

1. K. B. Chua et al., Fatal encephalitis due to Nipah virus among pig-farmers in Malaysia. Lancet 354, 1257-1259 (1999).

2. K. E. Lee et al., The neurological manifestations of Nipah virus encephalitis, a novel paramyxovirus. Ann Neurol 46, 428-432 (1999).

3. L. Wang et al., Molecular biology of Hendra and Nipah viruses. Microbes Infect 3, 279-287 (2001).

4. Q. Peng et al., Molecular mechanism of de novo replication by the Ebola virus polymerase. Nature 622, 603-610 (2023).

5. D. Cao et al., Structures of the promoter-bound respiratory syncytial virus polymerase. Nature 625, 611-617 (2024).

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