病毒轉錄態原子模型研究獲新進展
日期：2012-05-09 08:22:32
4月6日，美國《國家科學院院刊》（PNAS）在線發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方法，首次解析了處于轉錄過程中的雙鏈RNA病毒的近原子分辨率（4.1 Å）三維結構，并構建了該病毒轉錄態的全氨基酸原子結構模型。這是朱平、孫飛和程凌鵬等人繼去年在PNAS上發表“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病毒結構和功能研究領域的又一最新進展。
病毒的轉錄狀態是亞穩定狀態，難以形成規則排列的晶體，因此目前還沒有關于轉錄態病毒的晶體結構報道。冷凍電鏡三維重構技術非常適于解析此類生物大分子復合物的結構，目前已經報道的幾個轉錄態病毒的結構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，許多問題仍然沒有答案。
本項研究首次將轉錄態雙鏈RNA病毒結構精度推進到近原子分辨率水平，也是目前唯一一個可以看見單個氨基酸殘基的病毒轉錄態冷凍電鏡三維重構結果。該研究揭示了雙鏈RNA病毒在其生命周期中的一個重要環節——轉錄環節中所發生的與其轉錄功能相適應的構象變化，不僅為長期以來關于雙鏈RNA病毒mRNA的釋放通道的假說提供了有力的結構證據，而且還觀察到了之前人們預測的此類病毒在mRNA加帽過程中的GTase酶活位點及其和反應底物相互作用的狀態，從而揭示了RNA轉錄和加帽過程中結構蛋白之間相互協調作用使得病毒新生RNA得以順利流出的機制，澄清了長期以來雙鏈RNA病毒轉錄過程中RNA釋放通道的爭論。這為人們進一步認識和理解病毒RNA轉錄和加帽機制，最終實現對此類病毒自我復制的干預提供了結構基礎。
該研究是在中國科學院蛋白質科學研究平臺的Titan Krios 300kV電鏡上完成的。該成果表明中國科學院蛋白質科學研究平臺生物成像技術實驗室正逐步走向成熟。
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建工作。湖南師范大學劉紅榮教授參與了部分研究工作。
該研究受到科技部、國家自然科學基金委和中國科學院的資助。
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