布尼亚病毒转录复制复合体结构生物学研究

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布尼亚病毒(Bunyavirus)是一类传染性强,分布广,致死率高,能够引起人类及动物传染性疾病的RNA病毒。其中很多成员都是人类健康的致命杀手,例如在我国引起“新疆出血热”和“蜱虫病”的克里米亚-刚果出血热病毒(Crimean-Congohemorrhagic fever virus,CCHFV)和发热伴血小板减少综合症病毒(Severe feverwith thrombocytopenia syndrome virus,SFTSV)均属于布尼亚病毒。布尼亚病毒基因组由三条负链RNA组成,分别为L、M和S。其中L编码RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNApolymerase,RdRp),M编码病毒表面糖蛋白(glycoproteins,Gn和Gc),S主要编码核蛋白(nucleocapsid protein,NP)。在病毒生命活动中,NP蛋白会结合和保护病毒基因组长度的RNA,并且与RdRp相互作用形成病毒转录复制的核心单位-核蛋白复合体(ribonucleoproteincomplex,RNP),负责病毒的转录和复制功能。布尼亚病毒不同种属之间,其NP蛋白存在着巨大的差异,内罗病毒属克里米亚-刚果出血热病毒NP分子量最大,为52kDa;汉塔病毒属汉塔病毒NP分子量为42kDa;正布尼亚病毒属布尼韦尔病毒NP分子量最小,为25kDa,这种显著性的差异也必将会引起其结构和生物学功能的不同。我们利用蛋白质晶体学和电子显微学等生物物理手段,对布尼亚病毒中分子量最小的布尼韦尔病毒核蛋白和分子量最大的克里米亚-刚果出血热病毒核蛋白展开了研究,探讨其结构和功能的差异。我们首先解析了布尼韦尔病毒(Bunyamwera virus,BUNV)NP-RNA复合物4聚体的晶体结构。从结构中可以发现,RNA结合于NP N端和C端结构域之间形成的一个富有正电荷的沟槽中;NP蛋白的N末端和C末端伸出两个柔性“手臂”,与邻近核蛋白相互作用,实现NP蛋白之间的寡聚。我们还结合了电镜等手段,共同阐释了BUNV NP蛋白结合和保护RNA以及RNP形成的机制。随后,我们在之前研究的基础上,分离出CCHFV NP寡聚体,并利用电子显微学方法重构了CCHFV NP5聚体的电镜结构。从结构中可以发现,NP蛋白通过“head-stalk”方式顺时针方向相互作用,实现NP-NP的寡聚作用;同时表明NP蛋白head和stalk结构域可能共同参与了RNA的结合。本研究从电镜角度揭示了CCHFV NP-NP相互作用方式,为RNP形成机制的研究提供了重要结构基础。
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