湖师大、清华Science发表双链RNA病毒研究新成果

　　

生物通报道   来自湖南师范大学、清华大学的研究人员报告称，他们采用冷冻电子显微镜（Cryo-EM）揭示出了双链RNA(dsRNA)病毒内部聚合酶结构及基因组的非线轴结构。这一重要的研究发现发布在9月18日的《科学》（Science）杂志上。

湖南师范大学物理与信息科学学院的刘红荣（Hongrong Liu）教授及清华大学生命科学学院的程凌鹏(Lingpeng Cheng)副研究员是这篇论文的共同通讯作者。刘红荣教授近年来主要从事冷冻电镜生物大分子三维重构、电子显微学、生物成像、图像处理等方面的研究工作，在Science, PNAS, J Virol, J Mol Biol, J Struct Biol, Adv Funct Mater, Ultramicroscopy, Micron, J. Phys. D: Appl. Phys.等重要学术期刊发表论文40余篇。主持/参与国家自然科学基金、教育部、省教育厅、省科技厅项目10余项。

dsRNA病毒是RNA病毒中的一大类群，其宿主范围广，从细菌、真菌、原虫到高等动、植物等均有寄生，许多dsRNA病毒能致动、植物病害。由于基因组构成和结构特征多样性，以及病毒粒子结构的差异，已知的dsRNA病毒被划分为9个科属，分别为呼肠孤病毒科、双RNA病毒科、减毒病毒科、囊状噬菌科、整体病毒科、双分病毒科、青霉病毒科和内生RNA病毒属以及小双RNA病毒科。

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dsRNA病毒包含有一个分段的dsRNA基因组和以及一些RNA依赖RNA聚合酶(RdRps)。在病毒粒子中，RdRps以dsRNA为模板转录成（+）链RNA分子，（+）链RNA分子从病毒颗粒释放至宿主细胞质中，然后作为mRNA翻译产生病毒结构和功能蛋白，最后，（+）链RNA分子包被成为新的病毒颗粒或亚病毒粒子，在新的病毒颗粒或亚病毒粒子中，以（+）链为模板复制（-）链而形成dsRNA，开始新一轮的循环。然而直到现在人们仍不了解衣壳中基因组及RdRps的准确结构。

Cryo-EM技术是从20世纪70年代提出的，经过近10年的努力，在80年代趋于成熟，它的研究对象非常广泛，包括病毒、膜蛋白、肌丝、蛋白质核苷酸复合体、亚细胞等等。近年来Cryo-EM技术的快速发展，使其在生物大分子的结构研究中得到越来越广泛的应用（延伸阅读：程亦凡博士Nature发布突破性壮举 ）。

在这篇Science文章中刘红荣教授和程凌鹏副研究员报告称，通过结合cryo-EM及一种对称失配（symmetry-mismatch）重建方法，获得了转录和非转录中的呼肠孤病毒科质型多角体病毒（cypoviruse）的三维结构。通过对病毒内部的基因组及其RNA聚合酶的三维结构进行分析，发现该病毒内部呈现出一种“多层球状”，否认了该类病毒的内部基因组应呈线轴状排列的主流观点。 同时，他们也解析了在基因组转录状态下，病毒内部RNA与其聚合酶之间相互作用的精细构象变化。在此基础上，研究人员成功构建出了双链RNA病毒在复制和转录过程中内部RNA及其聚合酶的协同工作模型。

新研究提供了关于dsRNA病毒复制和转录机制的一些新见解，并为确定包被在高对称性结构中的低对称性复合物的结构铺平了道路。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Cryo-EM shows the polymerase structures and a nonspooled genome within a dsRNA virus

Double-stranded RNA (dsRNA) viruses possess a segmented dsRNA genome and a number of RNA-dependent RNA polymerases (RdRps) enclosed in a capsid. Until now, the precise structures of genomes and RdRps within the capsids have been unknown. Here we report the structures of RdRps and associated RNAs within nontranscribing and transcribing cypoviruses (NCPV and TCPV, respectively), using a combination of cryo–electron microscopy (cryo-EM) and a symmetry-mismatch reconstruction method. The RdRps and associated RNAs appear to exhibit a pseudo-D3 symmetric organization in both NCPV and TCPV. However, the molecular interactions between RdRps and the genomic RNA were found to differ in these states. Our work provides insight into the mechanisms of the replication and transcription in dsRNA viruses and paves a way for structural determination of lower-symmetry complexes enclosed in higher-symmetry structures.