12月5日，《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）在線發(fā)表了中國科學(xué)院生物物理研究所朱平課題組和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所王靖飛課題組合作完成的研究論文（In situ Structures of Polymerase Complex of Mammalian Reovirus Illuminate RdRp Activation and Transcription Regulation）。

　　哺乳動物呼腸孤病毒（Mammalian Reovirus，MRV）屬于呼腸孤病毒科，正呼腸孤病毒屬，是呼腸孤病毒科的典型代表，具有溶瘤病毒的特性。近期研究表明，MRV的溶瘤活性與病毒的轉(zhuǎn)錄效率密切相關(guān)。因此，剖析MRV的轉(zhuǎn)錄激活和轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制對于探索呼腸孤病毒科病毒的感染和復(fù)制過程，增強(qiáng)其溶瘤活性具有重要意義。MRV病毒顆粒內(nèi)含10條雙鏈RNA基因組，由2層衣殼蛋白緊密包裹。病毒入侵細(xì)胞后，外層衣殼逐漸解離，只保留內(nèi)層衣殼和內(nèi)部基因組形成的核心顆粒（Core particle）。Core particle具有轉(zhuǎn)錄活性，能夠利用五次軸內(nèi)部的轉(zhuǎn)錄酶復(fù)合物（包括RdRp和μ2蛋白）轉(zhuǎn)錄病毒基因組。RdRp轉(zhuǎn)錄出的初始轉(zhuǎn)錄本（Nascent transcript）進(jìn)入core particle外部的塔狀突起結(jié)構(gòu)。由λ3蛋白完成加帽反應(yīng)形成成熟的mRNA，且成熟的mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后翻譯病毒蛋白。

　　朱平研究組等探究了MRV入侵過程中不同形式的顆粒，包括全病毒（virion）、脫外層衣殼的core particle（Uncoated core）、非轉(zhuǎn)錄態(tài)core particle（nT-core）和轉(zhuǎn)錄態(tài)core particle（T-core），并利用冷凍電鏡三維重構(gòu)技術(shù)解析了不同狀態(tài)下轉(zhuǎn)錄酶復(fù)合物的高分辨率結(jié)構(gòu)，獲得了MRV轉(zhuǎn)錄過程中5種不同狀態(tài)的RdRp結(jié)構(gòu)——initiation state、unloaded state、reloaded state、 pre-elongation state、elongation state。研究顯示，在完整病毒顆粒中，RdRp處于轉(zhuǎn)錄起始狀態(tài)（initiation state），同時，dsRNA基因組在RdRp模板進(jìn)口處解旋，且模板鏈（Template）伸入RdRp內(nèi)部指導(dǎo)3 nt左右轉(zhuǎn)錄本的生成，而RdRp中的priming loop元件像門栓一樣擋在轉(zhuǎn)錄本繼續(xù)延伸的位置，從而阻止轉(zhuǎn)錄的持續(xù)進(jìn)行。研究發(fā)現(xiàn)，在外層衣殼蛋白脫落后形成的core particle中，RdRp發(fā)生了較大構(gòu)象變化，基因組RNA模板進(jìn)口處的RNA-loading region變得非常柔性和松弛，使得基因組RNA處于卸載狀態(tài)（unloaded state），轉(zhuǎn)錄處于不能繼續(xù)進(jìn)行的狀態(tài)。只有在轉(zhuǎn)錄底物存在的情況下，RdRp進(jìn)一步發(fā)生構(gòu)象變化，在脫衣殼后變得松弛的RNA-loading region才又恢復(fù)初始構(gòu)象，使得基因組RNA恢復(fù)到加載狀態(tài)（reloaded state），并進(jìn)一步進(jìn)入轉(zhuǎn)錄延伸前狀態(tài)（pre-elongation state）和最終的轉(zhuǎn)錄延伸狀態(tài)（elongation state）。隨著轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行，RdRp中在病毒轉(zhuǎn)錄起始狀態(tài)中起門栓阻擋作用的priming loop元件向C端結(jié)構(gòu)域（CTD）方向移動，并促使CTD發(fā)生構(gòu)象變化。這種構(gòu)象變化一方面使得RdRp中負(fù)責(zé)template-transcript hybrid解鏈的wedge helix元件移動至hybrid的延伸路徑，導(dǎo)致hybrid的解鏈；另一方面釋放了transcript的出口，使得解鏈后的transcript順利轉(zhuǎn)移出RdRp。

　　該研究揭示了哺乳動物呼腸孤病毒MRV內(nèi)部轉(zhuǎn)錄酶復(fù)合物的組裝機(jī)制，揭示了reovirus入侵細(xì)胞過程中基因組的轉(zhuǎn)錄過程和結(jié)構(gòu)模型，有助于探索多層衣殼呼腸孤病毒的轉(zhuǎn)錄激活和轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制。

　　研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）的支持。數(shù)據(jù)收集和樣品分析等工作得到了生物物理所生物成像中心、蛋白質(zhì)科學(xué)研究平臺等的幫助。

　　論文鏈接 

哺乳動物呼腸孤病毒轉(zhuǎn)錄模型