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荊門(mén)蜱蟲(chóng)病毒與黃病毒的RdRP擁有高度相似的三維結構但在引發(fā)機制上存在差異

發(fā)表日期:2024-02-24來(lái)源:武漢病毒研究所放大 縮小

      荊門(mén)病毒是近十年來(lái)在世界各地陸續被發(fā)現的一類(lèi)分節段的正鏈RNA病毒,因其代表種荊門(mén)蜱蟲(chóng)病毒(Jingmen tick virus,JMTV)最早在湖北省荊門(mén)地區的一種微小扇頭蜱樣本中分離得到而得名。2018年至今,陸續在有發(fā)熱頭疼癥狀或有過(guò)被蜱蟲(chóng)叮咬經(jīng)歷的患者血液樣本中檢測到荊門(mén)病毒,其基因組特征亦趨于多樣化,對人類(lèi)健康具有現實(shí)和潛在的威脅,已引起國內外廣泛關(guān)注。


      基因組序列分析表明荊門(mén)病毒與黃病毒科黃病毒屬的成員如登革病毒具有較近的親緣關(guān)系,但與單節段的黃病毒基因組不同,荊門(mén)病毒的基因組分為多個(gè)節段,如 JMTV的基因組有4個(gè)節段,其中節段1和節段3分別編碼非結構蛋白NSP1和NSP2,分別與黃病毒的兩個(gè)非結構蛋白NS5和NS3具有同源性(圖1A)。和黃病毒NS5類(lèi)似,NSP1是N端甲基轉移酶和C端依賴(lài)RNA的RNA聚合酶(RdRP)的融合蛋白,在病毒基因組復制和mRNA轉錄等過(guò)程中發(fā)揮核心作用,也是理想的抗病毒藥物靶標。中國科學(xué)院武漢病毒研究所鄧菲研究員/沈姝青年研究員團隊長(cháng)期從事蜱蟲(chóng)攜帶和傳播的病原資源挖掘和病原特性研究,該團隊前期在云南省的微小扇頭蜱樣本中分離得到了一株JMTV(Virologica Sinica 2021),通過(guò)與長(cháng)期從事病毒RdRP研究的中國科學(xué)院武漢病毒研究所龔鵬研究員/吳繼芹青年研究員團隊合作,成功解析了分辨率為1.8埃的JMTV NSP1 RdRP區的晶體結構(圖1B,PDB號:8WIM),通過(guò)與多種黃病毒RdRP的結構進(jìn)行比較,發(fā)現兩者氨基酸等同性雖較低(低于30%),但三維結構卻高度相似,同樣呈環(huán)繞式杯狀右手形態(tài)(圖1A),但整體相對于黃病毒RdRP更加緊湊(圖1C),且其甲基轉移酶-RdRP連接區和基序B-基序C連接區的長(cháng)度與形態(tài)與黃病毒科的代表性RdRP的對應區域均不同(圖1D)。合作團隊針對JMTV NSP1和黃病毒科的三種代表性RdRP(黃病毒屬的登革病毒NS5、肝炎病毒屬的丙型肝炎病毒NS5B和瘟病毒屬的經(jīng)典豬瘟病毒NS5B)開(kāi)展了RdRP酶學(xué)性質(zhì)的比較研究,發(fā)現在以二核苷酸和NTP來(lái)引發(fā)合成時(shí),NSP1和丙型肝炎病毒NS5B類(lèi)似,會(huì )產(chǎn)生長(cháng)度為三個(gè)核苷(3 nt)的流產(chǎn)性產(chǎn)物,而這一現象在另外兩種黃病毒科RdRP未被觀(guān)測到(圖2A)。此外,相對于黃病毒科的RdRP,NSP1更傾向于利用較短的引物(如二核苷酸)引發(fā)合成以及從模板末端(相對于從模板內部位點(diǎn))引發(fā)合成,表現出非常嚴謹的引發(fā)調控模式(圖2B)。通過(guò)比較全長(cháng)形式的NSP1和登革病毒NS5及僅含RdRP的兩種蛋白的酶學(xué)性質(zhì),發(fā)現 NSP1的甲基轉移酶對RdRP 實(shí)現合成-延伸的轉換可起到輔助作用,而登革病毒的甲基轉移酶對該轉換作用影響較?。▓D2C)。這項研究既為荊門(mén)病毒-黃病毒的親緣關(guān)系提供了進(jìn)一步的證據,也為研究這兩類(lèi)病毒的轉錄復制機制和發(fā)展抗病毒藥物提供了重要基礎。


      相關(guān)論文近期以題目“A jingmenvirus RNA-dependent RNA polymerase structurally resembles the flavivirus counterpart but with different features at the initiation phase”發(fā)表在國際核酸生物學(xué)經(jīng)典期刊Nucleic Acids Research(《核酸研究》)上,武漢病毒所博士研究生/博士后王欣雨為論文的第一作者,吳繼芹青年研究員、鄧菲研究員和龔鵬研究員為共同通訊作者,香港中文大學(xué)張柏恒助理教授參與了此項合作研究。此項研究受到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目(2022YFC2303300)、國家自然科學(xué)基金項目(32070185、U20A20135、32000136)、中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )項目(2022341)、湖北省自然科學(xué)基金創(chuàng )新研究群體項目(2022CFA021)等的支持。


論文及前續論文鏈接:

https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkae042/7595400

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8379324/

 


圖1.JMTV RdRP結構特征。A)登革病毒(DENV)與JMTV基因組結構對比圖;B)分辨率為1.8埃的JMTV RdRP晶體結構(PDB號:8WIM);C)JMTV與DENV的RdRP三維結構對比圖;D)JMTV與四種代表性黃病毒科RdRP的特征性亞結構對比圖(上:N端延伸區與甲基轉移酶-RdRP連接區;下:基序B-基序C連接區)。



圖2.JMTV RdRP的特征性酶學(xué)性質(zhì)。A)與登革病毒(DENV)NS5相比,JMTV NSP1在二核苷酸(P2)引發(fā)的合成中產(chǎn)生了明顯的三核苷酸流產(chǎn)性產(chǎn)物(實(shí)心三角標記);B)與黃病毒科的代表性RdRP相比,JMTV NSP1具有最強的末端引發(fā)傾向;C)荊門(mén)病毒NSP1的整體構象尚不明確(X-mode),但其甲基轉移酶(MTase)在RdRP從合成引發(fā)階段向延伸階段轉換過(guò)程中發(fā)揮輔助作用。 

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