RNA病毒轉(zhuǎn)錄及基因組復(fù)制過程均不涉及DNA形式，需要由病毒自身編碼的依賴RNA的RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase，RdRP）來主導(dǎo)完成。RdRP在特定位點(diǎn)精準(zhǔn)而高效地引發(fā)聚合反應(yīng)對維持病毒基因組的完整性及合成正確的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物至關(guān)重要。根據(jù)引發(fā)方式的不同，RdRP可分為依賴引物（primer-dependent）型和從頭合成（de novo）型兩類，后者通常由位于拇指結(jié)構(gòu)域內(nèi)的“引發(fā)元件”（priming element，PE）輔助RdRP實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)高效引發(fā)。然而，不同科屬病毒的RdRP的引發(fā)元件在氨基酸序列和三維結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出較高的多樣性，已有研究未能用普適的機(jī)制來闡釋這類RdRP的引發(fā)過程。

      中國科學(xué)院武漢病毒研究所龔鵬研究員團(tuán)隊(duì)長期從事病毒RdRP的催化與調(diào)控機(jī)制研究，近期該團(tuán)隊(duì)解析了一個分辨率為3.1埃的經(jīng)典豬瘟病毒（classical swine fever virus，CSFV）RdRP的晶體結(jié)構(gòu)（圖1，PDB號：7EKJ），該結(jié)構(gòu)首次展示了同屬病毒RdRP引發(fā)元件較為完整的結(jié)構(gòu)信息，但結(jié)構(gòu)分析表明該引發(fā)元件仍與引發(fā)位點(diǎn)距離較遠(yuǎn)（達(dá)9埃左右），需經(jīng)歷變構(gòu)方可實(shí)現(xiàn)引發(fā)。該團(tuán)隊(duì)利用酶學(xué)方法進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)引發(fā)元件中一個保守的甘氨酸殘基G671對引發(fā)反應(yīng)有重要貢獻(xiàn)。與野生型（WT）RdRP相比，該位點(diǎn)的突變蛋白的引發(fā)效率明顯降低，其中影響最大的G671P突變體的引發(fā)速率常數(shù)k_cat值降低約7倍（圖2）。同時通過對C端不同長度的截短RdRP的表征，發(fā)現(xiàn)引發(fā)元件尾部665-680區(qū)域在RdRP的引發(fā)過程中發(fā)揮重要作用。結(jié)合在CSFV的同科病毒丙型肝炎病毒（hepatitis C virus，HCV）和登革病毒（dengue virus，DENV）中的比較性研究，該團(tuán)隊(duì)據(jù)此提出RdRP的引發(fā)元件在RdRP與模板RNA及NTP底物結(jié)合時，可通過“誘導(dǎo)契合”方式變構(gòu)而實(shí)現(xiàn)引發(fā)，進(jìn)而通過調(diào)查代表性從頭合成型RdRP的引發(fā)元件的結(jié)構(gòu)和序列特征提出這一機(jī)制很可能具有普適性（圖3）。該研究為全面深入理解病毒RdRP引發(fā)機(jī)制提供了重要依據(jù)。

      相關(guān)論文近期在線發(fā)表于Nucleic Acids Research（《核酸研究》），此項(xiàng)研究受到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“禽畜重要病原共感染與協(xié)同致病機(jī)制研究”（2018YFD0500100，項(xiàng)目主持人為丁鏟研究員）、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“豬瘟病毒NS5B蛋白N端結(jié)構(gòu)域的功能研究”（31670154，項(xiàng)目主持人為龔鵬研究員）、中國科學(xué)院特別研究助理資助項(xiàng)目（項(xiàng)目主持人為劉偉馳博士）等的支持。武漢病毒所博士生張步玉（主要完成酶學(xué)部分）和博士后劉偉馳（主要完成結(jié)構(gòu)生物學(xué)部分并共同完成酶學(xué)部分）為論文的共同第一作者，博士生莢恒霞和助理研究員逯國亮為共同作者，龔鵬研究員和劉偉馳博士為共同通訊作者。

論文鏈接為：

https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab666/6345470

圖1 CSFV RdRP晶體結(jié)構(gòu)展示了較為完整的引發(fā)元件。A）HCV RdRP引發(fā)復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。B）CSFV RdRP的整體結(jié)構(gòu)。其中引發(fā)元件為紫紅色。C）瘟病毒屬 RdRP引發(fā)元件結(jié)構(gòu)對比。D）CSFV RdRP引發(fā)元件及其周圍區(qū)域的立體對像圖。E）瘟病毒屬RdRP引發(fā)元件氨基酸序列保守性分析。

圖2　CSFV RdRP及其突變體的酶學(xué)表征。A-B）WT（A）和G671P突變體（B）的單步引發(fā)反應(yīng)動力學(xué)分析。C-D）G671位點(diǎn)其它突變體（C）和C端截短體（D）的引發(fā)反應(yīng)動力學(xué)分析。其中WT和G671P的米氏方程擬合曲線分別取自A和B。

圖3 RdRP 引發(fā)元件的結(jié)構(gòu)比較提示RdRP從頭合成可能具有普適性的誘導(dǎo)契合機(jī)制。A-I）代表性病毒 RdRP引發(fā)元件的比較。J）從頭合成型RdRP引發(fā)時的誘導(dǎo)契合模型。當(dāng)RdRP處于非底物結(jié)合狀態(tài)時，引發(fā)元件可具有多種構(gòu)象（左上圖和下圖 1-4），而RdRP結(jié)合模板RNA和NTP后，引發(fā)元件可經(jīng)歷構(gòu)象變化后到達(dá)RNA模板的末端，同時穩(wěn)定參與引發(fā)反應(yīng)的NTP，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)高效引發(fā)。下圖中的箭頭表示引發(fā)元件達(dá)到其引發(fā)狀態(tài)所需構(gòu)象變化的方向。