病毒轉(zhuǎn)錄態(tài)原子模型研究獲新進(jìn)展
日期：2012-05-09 08:16:33
4月6日，美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）在線發(fā)表了中科院生物物理研究所朱平研究組和孫飛研究組合作的題為“Cryo-EM structure of a transcribing cypovirus”的研究論文。該研究用冷凍電鏡三維重構(gòu)方法，首次解析了處于轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的雙鏈RNA病毒的近原子分辨率（4.1 Å）三維結(jié)構(gòu)，并構(gòu)建了該病毒轉(zhuǎn)錄態(tài)的全氨基酸原子結(jié)構(gòu)模型。這是朱平、孫飛和程凌鵬等人繼去年在PNAS上發(fā)表“Atomic model of a cypovirus built from cryo-EM structure provides insight into the mechanism of mRNA cappin”研究論文后，在雙鏈RNA病毒結(jié)構(gòu)和功能研究領(lǐng)域的又一最新進(jìn)展。
病毒的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)是亞穩(wěn)定狀態(tài)，難以形成規(guī)則排列的晶體，因此目前還沒(méi)有關(guān)于轉(zhuǎn)錄態(tài)病毒的晶體結(jié)構(gòu)報(bào)道。冷凍電鏡三維重構(gòu)技術(shù)非常適于解析此類生物大分子復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，目前已經(jīng)報(bào)道的幾個(gè)轉(zhuǎn)錄態(tài)病毒的結(jié)構(gòu)研究工作都是利用冷凍電鏡方法完成的，但分辨率只有2nm左右，許多問(wèn)題仍然沒(méi)有答案。
本項(xiàng)研究首次將轉(zhuǎn)錄態(tài)雙鏈RNA病毒結(jié)構(gòu)精度推進(jìn)到近原子分辨率水平，也是目前唯一一個(gè)可以看見(jiàn)單個(gè)氨基酸殘基的病毒轉(zhuǎn)錄態(tài)冷凍電鏡三維重構(gòu)結(jié)果。該研究揭示了雙鏈RNA病毒在其生命周期中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)——轉(zhuǎn)錄環(huán)節(jié)中所發(fā)生的與其轉(zhuǎn)錄功能相適應(yīng)的構(gòu)象變化，不僅為長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于雙鏈RNA病毒mRNA的釋放通道的假說(shuō)提供了有力的結(jié)構(gòu)證據(jù)，而且還觀察到了之前人們預(yù)測(cè)的此類病毒在mRNA加帽過(guò)程中的GTase酶活位點(diǎn)及其和反應(yīng)底物相互作用的狀態(tài)，從而揭示了RNA轉(zhuǎn)錄和加帽過(guò)程中結(jié)構(gòu)蛋白之間相互協(xié)調(diào)作用使得病毒新生RNA得以順利流出的機(jī)制，澄清了長(zhǎng)期以來(lái)雙鏈RNA病毒轉(zhuǎn)錄過(guò)程中RNA釋放通道的爭(zhēng)論。這為人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解病毒RNA轉(zhuǎn)錄和加帽機(jī)制，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)此類病毒自我復(fù)制的干預(yù)提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
該研究是在中國(guó)科學(xué)院蛋白質(zhì)科學(xué)研究平臺(tái)的Titan Krios 300kV電鏡上完成的。該成果表明中國(guó)科學(xué)院蛋白質(zhì)科學(xué)研究平臺(tái)生物成像技術(shù)實(shí)驗(yàn)室正逐步走向成熟。
該文的第一作者是生物物理研究所朱平研究組博士生楊崇文，朱平研究員和程凌鵬副研究員為共同通訊作者，生物物理研究所季剛高工，孫飛研究組博士生張凱等人參與了電鏡成像和原子模型構(gòu)建工作。湖南師范大學(xué)劉紅榮教授參與了部分研究工作。
該研究受到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院的資助。
