Science | 補充教科書! 彭如超/徐欣等人揭示流感病毒RNA聚合酶組裝分子機制

流感病毒會將其 RNA 基因組與多種核蛋白包裹在一起，并且包含聚合酶的核糖核蛋白（RNP）復合物會驅動病毒基因組的轉錄和復制，這使其成為一個有前景的藥物靶點。

2025年5月15日，賓夕法尼亞大學Yi-Wei Chang團隊（彭如超和徐欣為共同第一作者）在Science在線發(fā)表題為“Molecular basis of influenza ribonucleoprotein complex assembly and processive RNA synthesis”的研究論文，該研究通過結合冷凍電子顯微鏡單顆粒分析和冷凍電子斷層掃描技術，確定了流感 RNP 是一種右手螺旋、反向平行的雙螺旋結構，其中病毒 RNA 被封裝在次要溝槽中。

每個核蛋白亞基通過一個靈活的尾環(huán)連接，該尾環(huán)插入其相鄰分子的保守凹槽中。該研究可視化了 RNP 中的病毒聚合酶在不同功能狀態(tài)下的形態(tài)，揭示了它如何在保持 RNP 雙螺旋結構的同時訪問 RNA 模板，同時通過鏈滑動來維持這種結構。針對尾環(huán)結合界面，該研究確定了潛在的抗流感抑制劑候選化合物。這些發(fā)現(xiàn)闡明了流感病毒復制所依賴的分子決定因素，并突出了抗病毒開發(fā)的一個有前景的靶標。‘

流感病毒是全球范圍內長期存在的公共衛(wèi)生問題，它會導致人類和其他動物反復出現(xiàn)季節(jié)性流感以及偶爾發(fā)生的全球性大流行。目前的疫苗和抗病毒藥物主要針對病毒的包膜蛋白，這些蛋白容易發(fā)生變異，從而導致療效下降以及隨著時間的推移出現(xiàn)耐藥性。

相比之下，病毒內部的核糖核蛋白（RNP）復合物在進化上更為保守，這使其成為開發(fā)廣譜抗病毒藥物的有前景的目標。每個 RNP 復合物由一個與多個核蛋白（NP）亞基結合的病毒基因組 RNA 片段以及一個聚合酶復合物組成，該復合物在宿主細胞中執(zhí)行病毒基因組的轉錄和復制過程。盡管它們在功能上至關重要，但 RNP 組裝及其工作機制的高分辨率結構理解一直未能實現(xiàn)。

流感核糖核酸的分子結構與工作機制（圖源自

Science

對重組流感 D 核蛋白核糖核酸（RNP）進行冷凍電子顯微鏡單顆粒分析，揭示出一種右手型、反平行的核蛋白聚合物雙螺旋結構，其中 RNA 包裹在堿基對的凹槽內，相鄰的核蛋白亞基通過一個保守的尾環(huán)連接在一起。對從流感 A 病毒顆粒中純化的天然 RNP 進行子體斷層平均分析，證實了這些特征，并進一步確定了多種不同的構象，表明雙螺旋結構內存在動態(tài)的鏈間運動。

在啟動前和延伸狀態(tài)下觀察到的聚合酶復合物始終與 RNP 外部相連，這支持了一種螺旋鏈滑動模型，即聚合酶沿著 RNA 模板進行 RNA 合成，同時保持 RNP 的整體雙螺旋結構。這種機制是由連接相鄰核蛋白的靈活尾環(huán)實現(xiàn)的，該尾環(huán)使得雙螺旋 RNP 具有高度動態(tài)性，并容易發(fā)生滑動運動，且具有較低的能量障礙。針對核蛋白尾環(huán)結合界面的虛擬篩選發(fā)現(xiàn)了能有效抑制細胞培養(yǎng)中流感病毒復制的先導化合物。

文章出處：Peng R, Xu X, Nepal B, Gong Y, Li F, Ferretti MB, Zhou M, Lynch KW, Burslem GM, Kortagere S, Marmorstein R, Chang YW. Molecular basis of influenza ribonucleoprotein complex assembly and processive RNA synthesis. Science. 2025 May 15;388(6748):eadq7597. doi: 10.1126/science.adq7597. Epub 2025 May 15. PMID: 40373132; PMCID: PMC12240686.

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