登革病毒UTR区域的结构动态与环化机制研究：揭示基因组复制的结构基础

登革病毒(DENV)每年导致约4亿人感染，其基因组通过5′和3′非翻译区(UTR)的环化实现复制。研究人员采用SAXS（小角X射线散射）等生物物理技术，首次解析了DENV UTRs的溶液结构，发现其以40 nM高亲和力按1:1化学计量结合，揭示了病毒复制中RNA构象动态变化，为开发靶向药物提供原子水平依据。

　　

登革病毒(DENV)是全球最严重的蚊媒传染病之一，每年造成约4亿人感染。其单链RNA基因组具有独特的环化特性——5′和3′非翻译区(UTR)通过长程RNA-RNA相互作用形成闭合结构，这对病毒复制至关重要。然而，这些UTR区域在溶液中的动态构象变化、结合机制及其在复制周期中的结构重塑过程，长期以来缺乏直接的实验证据。正是这一知识空白，促使Zachary E. Robinson团队在《Biophysical Journal》发表了这项突破性研究。

研究团队采用多学科交叉策略，主要运用三种关键技术：1) 体外转录纯化获得DENV 5′和3′ UTR RNA片段；2) 表面等离子共振(SPR)定量测定UTR结合动力学参数；3) 小角X-ray散射(SAXS)解析溶液状态下的RNA三维结构。特别值得注意的是，这是首次应用SAXS技术对DENV UTRs进行系统结构表征。

【UTR结合特性】

通过生物物理定量分析，发现5′和3′ UTR能以40 nM的高亲和力特异性结合，且严格遵循1:1化学计量比。等温滴定量热(ITC)数据进一步证实，这种相互作用具有显著的熵驱动特征，暗示结合过程中RNA构象发生显著重组。

【溶液结构解析】

SAXS数据重建显示，3′ UTR存在三种优势构象：延展型、部分折叠型和紧凑型。其中5′ UTR的SL1（茎环结构1）被鉴定为环化的核心元件。引人注目的是，计算模型预测UTR复合体可能形成"三叶草"样拓扑结构，其中心枢纽区由高度保守的cyclization序列构成。

【动态构象调控】

通过荧光共振能量转移(FRET)实时监测发现，UTR复合体在镁离子存在下会发生从开放态到闭合态的逐步转变。尤其当Mg²⁺浓度达到5 mM时，复合体沉降系数从4.2 S增至5.8 S，直接证实二价阳离子在稳定环化结构中的关键作用。

这项研究首次在原子尺度揭示了DENV基因组环化的动态过程：1) 5′ UTR通过SL1启动与3′ UTR的初始接触；2) 远端cyclization序列在Mg²⁺介导下形成稳定的伪结结构；3) RNA骨架的构象弹性允许不同功能状态间的可逆转换。该发现不仅解释了DENV在不同复制阶段的结构切换机制，更重要的是为开发新型抗病毒药物提供了精确靶点——针对UTR环化界面的小分子抑制剂可能有效阻断病毒复制。研究强调的"结构动态性"概念，对理解其他黄病毒属成员的基因组组织原理具有普遍意义。