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科研人员获得草鱼呼肠孤病毒衣壳内部的核酸和聚合酶复合物结构

2018年07月12目 09:24  来源:中国科学院武汉病毒研究所  类型:转载  编辑:云中歌
  6月25日,《美国国家科学院院刊》(PNAS)在线发表了中国科学院武汉病毒研究所研究员方勤与湖南师范大学教授刘红荣及清华大学生命科学学院副研究员程凌鹏等人合作的题为 Structure of RNA polymerase complex and genome within a dsRNA virus provides insights into the mechanisms of transcription and assembly 的研究论文。
 
  该研究利用200 kV 加速电压的冷冻电镜与对称失配三维重构技术解析了水生呼肠孤病毒/草鱼呼肠孤病毒近原子分辨的完整结构,包括病毒颗粒外部双层二十面体对称的衣壳和衣壳内部非二十面体对称的聚合酶、辅助蛋白及病毒核酸结构,精确阐述了聚合酶及其复合物与核酸、衣壳蛋白之间复杂的相互作用及精细的结构信息,研究了该病毒衣壳蛋白通过构象变化来协调聚合酶的复制与转录状态切换的机制。该工作也是目前所报道的用200 kV 电镜获得的尺度最大的生物大分子复合物的近原子分辨率结构(由1500多个蛋白聚合成的超过800埃直径的颗粒,最好的区域结构分辨率为3.1埃)。
 
  病毒三维结构研究已有50多年,之前的研究仅聚焦在病毒外部二十面体对称衣壳蛋白结构,而其内部核酸结构通常被认为是柔性无固定结构。2015年刘红荣与程凌鹏在国际上首次解析并报道了单层衣壳的双链 RNA 基因组的呼肠孤病毒科病毒 CPV 内部基因组及相关蛋白结构(Sciences,2015,Vol)349.1347-1350),此次三方合作在国际上首次解析了双层二十面体衣壳草鱼呼肠孤病毒内部聚合酶复合物和核酸的三维结构,为进一步阐明双链 RNA 病毒内部结构及病毒复制和转录机制提供了丰富的结构信息。其研究成果表明呼肠孤病毒科病毒的 RNA 聚合酶和基因组排列为一个不完整的二重三次对称,其双链 RNA 分层状排列,相邻的 RNA 平行排列。此研究成果进一步否定了近二十年来占据双链 RNA 病毒研究领域的“病毒衣壳内的 RNA 基因组和聚合酶呈线轴状排列”这一主流观点,为阐明双链 RNA 病毒的复制和转录的分子机制提供了结构基础。
 
  草鱼呼肠孤病毒(GCRV)为我国分离鉴定的第一株鱼类病毒,拥有自主知识产权,也是国际上研究得最为系统的水生动物呼肠孤病毒。方勤团队对 GCRV873 毒株的基础生物学和分子生物学,蛋白表达与纯化及其蛋白结构与功能等特性进行了长期而深入的研究,获得多项国家自然科学基金资助及同类研究国际同行的认可。此前与美国 UCLA 大学的 Prof.Zhou 合作,其研究结果相继在 SCI in china,JMB, Cell 等杂志上发表。此次与刘红荣及程凌鹏的成功合作及共同在 PNAS 杂志上发表论文,充分体现了三方良好的团队合作精神及交叉学科的互补优势。此合作研究成果为进一步解析更高分辨率的 dsRNA 病毒结构,及其侵染与复制机制奠定了坚实的基础。
 
  方勤、刘红荣及程凌鹏为论文的通信作者,湖南师大研究生王勖荣、武汉病毒所助理研究员张付贤为论文共同第一作者。该项研究得到了国家自然科学基金委及病毒学国家重点实验室开放课题(2016IOV001)等的资助。(转载自中科院之声)

科学探索
病毒衣壳和内部核酸的结构

病毒衣壳和内部核酸的结构
病毒衣壳内 RNA 聚合酶复合物的结构
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