高级Cryo-EM揭示了“变更”细节中的病毒RNA复制复杂结构

病毒RNA复制

Cryo-EM成像揭示了病毒RNA复制“冠”复杂结构的高分辨率侧和顶视图。信誉:MuRgridge研究所Paul Ahlquist

MuRgridge研究所的科学家首次生成了负责复制的主要病毒蛋白复合物的原子分辨率图像附近RNA.阳性RNA病毒成员的基因组,这类病毒的大类病毒包括冠状病毒和许多其他病原体。

结果应该有助于开发新型的抗病毒毒者,并为病毒生命周期提供机械洞察力。

“迅速推进的可视化这种关键结构的能力是变化的,”John W.和Jeanne M. Rowe Centrology of The Morgridge Courtitute of Constuity of County的Mutgridge Courture of Moncology Courtology of Mongology Courtology Virology Resement Centrology Courtical Courticals说,即迅速推进的博弈变化。“威斯康星州 - 麦迪逊。该研究的其他作者包括Nuruddin Unchwaniwala,Hong Zhan,Janice Pennington,Mark Horswill和Johan Den Boon。

使用称为冷冻电子显微镜(Cryo-EM)断层扫描的先进技术,AhlQuist及其团队建立在他们以前的工作之上,首先揭示了这种冠状病毒RNA复制复合物的存在。

新的研究,7月20日出版国家科学院的诉讼程序(PNA),以大大改善的大约8.5埃的分辨率表示复制冠复合物,其对应于几个原子的间隔。

“Cryo-Em最近经历了Quantum Leap的能力,”Ahlquist说。“在这项研究中,我们的研究组结合了多次进展,从而大大改善样品制备,图像采集和图像处理,并映射复杂的特定蛋白质域的位置。”


高级Cryo-EM成像显示了从先前成像的分辨率的近似的四倍,揭示了构成病毒RNA复制冠复合物的三个主要子域。

在这项工作中寻址的阳性RNA病毒是六种遗传类别中最大的病毒,包括许多重要病原体,如Zika,登革热和Chikungunya病毒,以及冠状病毒SARS-CoV-2,目前的原因新冠肺炎大流行病。

在每个正链RNA病毒中,大多数病毒基因都致力于单一的过程:复制病毒RNA基因组。

“鉴于这种大规模的资源投资,病毒RNA基因组复制可以说是感染中最重要的过程之一,它已经是病毒控制的主要目标,”Ahlquist说。

在受感染的细胞内,在改性细胞膜中发生病毒RNA复制,通常与球形,病毒诱导的囊泡尺寸约为50-100纳米。Ahlquist和他的团队以前表明,在每个这样的基因组复合物中,病毒RNA基因组或染色体的副本受到保护在球囊内部以用作复制模板。复制复合物重复复制该存档病毒RNA染色体,以产生新的后代基因组,其通过囊泡上的膜颈部释放到细胞质中,其中它们被纳入细胞质,其中它们被作为新传染病毒群的有效载荷结合。

该事先的工作进一步表明,诱导复制囊泡的关键病毒蛋白并复制病毒RNA在击球环或冠结构中,该冠状结构位于与细胞质连接的球形颈部的细胞质侧。

新的更高分辨率的Cryo-EM图像和互补结果表明,冠部由十二个副本组成的关键病毒RNA复制蛋白,如桶中的柱子。另外,图像揭示了像滚筒上的箍上的拉链相互作用,以将相邻的区段连接在一起以形成环状冠部。这些拉链相互作用对应于多聚化相互作用,即Ahlquist组先前在该蛋白质中映射。

形成冠的病毒RNA复制蛋白是极大的多域,多功能蛋白,近1000个


Amino acids are a set of organic compounds used to build proteins. There are about 500 naturally occurring known amino acids, though only 20 appear in the genetic code. Proteins consist of one or more chains of amino acids called polypeptides. The sequence of the amino acid chain causes the polypeptide to fold into a shape that is biologically active. The amino acid sequences of proteins are encoded in the genes. Nine proteinogenic amino acids are called "essential" for humans because they cannot be produced from other compounds by the human body and so must be taken in as food.
" class="glossaryLink ">氨基酸在尺寸方面。该蛋白质含有RNA聚合酶和RNA封端结构域 - 两个酶促结构域,其在许多正链RNA病毒中保守,用于合成新的病毒基因组拷贝 - 加上其他结构域,用于多化,结合膜等功能。

这些域如何在冠结构中进行物理组织是理解复制复杂功能的最重要问题之一,并且是定义高分辨率冠结构的若干强大动机之一。

使用将遗传工程化的特异性特异性标签组合的方法通过在Cryo-em中可见的纳米级金颗粒,研究人员发现病毒RNA复制蛋白的C末端聚合酶末端位于冠的顶点,将N末端覆盖域留在结构底部以与膜相互作用。

该聚合酶的这种顶端位置对复制病毒RNA模板募集到复合物中并形成复制囊泡的复制过程中的早期步骤具有重要的机制意义,以及复制模板以制备新的后代基因组的后续步骤包装成传染性病毒颗粒。这些结果为进一步的实验提供了强大的基础,以确定复制复合结构和甚至更高水平的功能。

“我们希望继续改善RNA复制复杂的皇冠结构,以便将来提供额外的重要细化,”Ahlquist说。“我们也希望解决我们工作中的越来越多的迹象,这些蛋白质的构成变化对他们的多种职能至关重要。”

“这些进步将揭示这些复合物如何组装和运作,因此如何最好地攻击,”他补充道。“这些见解应为新颖,更强大的抗病毒机制提供基础。”

参考文献:“卵巢复制蛋白的亚域Cryo-em结构是皇冠复合物为RNA基因组复制提供机械洞察力”,Nuruddin Unchwaniwala,Hong Zhan,Janice Pennington,Mark Horswill,Johan A. Den Boon和Paul Ahlquist,2020年7月20日,国家科学院的诉讼程序
DOI:10.1073 / PNAS.2006165117