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甲型流感病毒是一种具有极强致病性和传播能力的流感病毒亚型,能够对人类健康造成严重危害,而且还会对社会造成巨大的经济损失。甲型流感病毒在宿主细胞内复制的核心是甲型流感病毒RNA聚合酶复合体。该复合体由PA、PB1和PB2三个亚基组成,复合体的蛋白分子量大小约为250kDa。在病毒颗粒中,甲型流感病毒RNA聚合酶复合体能够特异的结合流感病毒基因组的promoter结构,并且进一步能够和缠绕在核蛋白(NP)上的基因组RNA片段一起组成病毒的核糖核蛋白(RNP)。甲型流感病毒RNA聚合酶复合体能够捕获和剪切宿主细胞的mRNA,并以切割产生的帽子结构为引物,以基因组RNA片段为模板合成病毒自身的mRNA,从而使得病毒在宿主细胞中表达自己的蛋白。而且甲型流感病毒RNA聚合酶复合体还能以自己的RNA基因组为模板,不需要引物从头开始复制自己的基因组。甲型流感病毒RNA聚合酶复合体同时具有转录和复制两种功能,这两种功能有着截然不同的过程。揭示其工作机制对于研究RNA依赖的RNA聚合酶有着重大的科研价值;而且甲型流感病毒RNA聚合酶复合体作为病毒的核心,相对于病毒的其他组分,非常保守,是理想的药物靶位点,具有重要的应用价值。如果能够获得甲型流感病毒RNA聚合酶复合体的三维结构,这将对于了解其功能机制和设计新型抗流感药物有着极大帮助。 因此,本项工作的主要研究目的是获得甲型流感病毒RNA聚合酶复合体的结构,并相应的展开功能研究。通过多次尝试,我们最终在昆虫细胞表达体系中,稳定表达了几种亚甲型流感病毒RNA聚合酶复合体。进一步的经过多次纯化摸索,幸运的得到了两种亚甲型流感病毒RNA聚合酶复合体:一种是在溶液状态中以单体形式存在的sub-3p-86(PA全长,PB1全长和PB2_N_1aa-86aa);另一种是在溶液状态中以二体形式存在的sub-3p-130(PA全长,PB1全长和PB2_N_1aa-130aa)。这两种亚甲型流感病毒RNA聚合酶复合体在结合promoter后有着不同的表型:sub-3p-86结合promoter后依然为单体;而sub-3p-130结合双链promoter或者5promoter(vRNA或者cRNA)会从二体形式变为四体,而其结合3 promoter(vRNA或者cRNA)后会促使二体解离形成单体。 在获得了稳定的样品后,利用近年来快速发展的冷冻电镜技术,通过结合电子断层三维重构技术和单颗粒三维重构技术,成功的获得了分辨率为4.3(A)的sub-3p-130-vRNA promoter(结合了双链vRNA promoter sub-3p-130)的三维结构。对其结构进行分析发现,其与RNA依赖的RNA聚合酶复合体结构相似,都呈现一个笼子样的结构。进一步分析,观察到四个单体中存在两种相互作用界面:刚性界面和柔性界面。 然后着重对这两种界面进行了分析。通过高通量突变筛选和生化实验分析,发现这两种界面对于病毒的活性都是必须的。结合以前的报道,本研究组提出了一个新的关于甲型流感病毒RNA聚合酶复合体的工作模型:甲型流感病毒RNA聚合酶复合体的寡聚状态负责其基因组的复制,甲型流感病毒RNA聚合酶的单体状态负责其基因组的转录。