发热伴血小板减少综合征病毒聚合酶L蛋白冷冻电镜结构研究获进展

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发布时间：2020-04-29 来源：武汉病毒研究所访问：

　　2010年，我国首次发现了一种新的致病性病毒病原——发热伴血小板减少综合征病毒（severe fever with thrombocytopenia syndrome virus, SFTSV），它能感染人导致严重的发热和血小板减少综合征疾病，致死率为5%-30%。SFTSV属于布尼亚病毒目（Bunyavirales）白纤病毒科（Phenuiviridae）班阳病毒属（Banyangvirus），是一种分节段的负链RNA病毒，其基因组包含L、M、S三个节段，分别编码RNA聚合酶、糖蛋白、核蛋白及非结构蛋白。迄今为止，对SFTSV的感染、转录、复制机制的了解并不十分清楚。

　　RNA聚合酶是病毒生命周期的关键蛋白，主要行使基因组转录和复制的功能。布尼亚病毒聚合酶L蛋白（L protein）由多个功能结构域组成，共同完成基因组合成过程。拉克罗斯病毒（La Crosse virus, LACV）聚合酶是第一个被解析的分节段负链RNA病毒的L蛋白结构，通过加入5’和3’vRNA，阐释了聚合酶蛋白与底物RNA的结合位置与作用模式，但因为缺少cap-binding domain（CBD），阻碍了对不同结构域之间协作机制的探究。

　　近日，清华大学医学院娄智勇课题组与中国科学院武汉病毒研究所/生物安全大科学研究中心邓菲课题组合作在国际微生物学杂志《自然-微生物学》（Nature Microbiology）上发表题为Structure of severe fever with thrombocytopenia syndrome virus L protein elucidates the mechanisms of viral transcription initiation（《发热伴血小板减少综合征病毒L蛋白的结构解析阐明了病毒的转录起始机制》）的文章，成功解析发热伴血小板减少综合征病毒聚合酶L蛋白（SFTSV-L）原子分辨率冷冻电镜结构，这是目前报道的首个节段型负链RNA病毒单一肽链聚合酶全长蛋白结构，初步解析SFTSV-L进行RNA转录起始的结构与功能作用机制。

　　研究解析的SFTSV-L结构整体分辨率3.4埃，除柔性较大的C端外，其它部分分辨率均在4埃以内。L蛋白由2049个氨基酸组成，包含核酸内切酶（endonuclease, endoN）、RNA依赖的RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase, RdRp）和CBD三个保守的功能结构域和其特有的blocker（榫卯结构）和lariat（套索结构）（图1）。RdRp是整体结构的核心部分。

　　与其他分节段负链RNA病毒聚合酶结构相比，SFTSV-L的endoN与CBD的空间位置恰好相反，且endoN与CBD的活性位点朝向相同方向（图2），阻止以“cap-snatching”（抓帽）的方式从宿主mRNA切割获得帽子结构。基于这一结构特征，该结构所处的构象为“preinitiation”（转录起始前）状态。

　　CBD行使与宿主成熟帽子结构结合的功能，活性口袋是由保守芳香族氨基酸组成的空腔。在SFTSV-L结构中，CBD活性位点被blocker基序遮蔽，尤其是顶端1843位的 Arg finger结构插在活性位点内部，造成帽子结构结合的空间位阻。因此，CBD和blocker发生构象变化是聚合酶蛋白从“preinitiation”向“elongation”（延伸）变化的重要变构过程（图3）。

　　lariat是SFTSV-L的C端的特有结构，与endoN、Linker、PA-C-Like、RdRP core和arm结构域相结合（图4），使得整个SFTSV-L处在稳定的闭合构象，它的松动是其它结构域发生构象变化的前提。

　　基于结构分析和相关生化验证，合作组揭示了节段型负链RNA病毒转录起始的机制，并提出转录完整过程的模型（图5）。首先，lariat发生松动，使得endoN顺时针90°旋转，同时blocker和CBD发生构象变化使CBD的活性中心暴露，与宿主帽子结构结合。此时，endoN沿空间X轴旋转180°，其活性中心面向CBD活性中心，切割得到成熟primer，随后primer被运送至RdRp催化中心，开始链的延伸。随着延伸的进行，一方面产物被送出，帽子结构远离CBD，CBD再次被blocker结合，另一方面为防止endoN对产物的降解，它会逆时针旋转180°，使其活性中心再次背向CBD，同时lariat恢复至初始位置，为下一轮合成做准备。