2015年1月22日，《Molecular Cell》雜志在線發(fā)表了題目為 “Cryo-EM Structure of Influenza Virus RNA Polymerase Complex at 4.3 Å Resolution”的流感病毒RNA聚合酶復(fù)合體的結(jié)構(gòu)和功能研究方面的重要研究成果。

　　流感病毒屬負(fù)鏈RNA病毒，有A、B和C型三種類型。其中，A型流感病毒是具有極強(qiáng)的致病性和傳播能力的流感病毒種類，在過去有記錄的人類歷史上，曾經(jīng)反復(fù)爆發(fā)，造成人類社會(huì)巨大災(zāi)難。由于流感病毒的快速變異特點(diǎn)，可以不斷產(chǎn)生具有抗藥性、高致病性的新毒株，從而對(duì)人類健康構(gòu)成長(zhǎng)期的重大威脅。流感病毒的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄由其自身編碼的流感病毒RNA聚合酶復(fù)合體負(fù)責(zé)，揭示流感病毒RNA聚合酶復(fù)合體的復(fù)制機(jī)制是控制流感病毒的關(guān)鍵所在，國際上對(duì)此項(xiàng)研究高度重視。流感病毒聚合酶包括PA，PB1和PB2三個(gè)亞基，總分子量約為250KD。對(duì)這一復(fù)合體的結(jié)構(gòu)研究是揭示該復(fù)合體工作機(jī)制的關(guān)鍵條件之一。雖然對(duì)其結(jié)構(gòu)研究的歷史可追溯長(zhǎng)達(dá)四十年，但是由于研究該復(fù)合體的難度，該復(fù)合體結(jié)構(gòu)一直沒有得到解析。由于其極端重要性，國際上眾多國家的研究團(tuán)隊(duì)競(jìng)相對(duì)此開展了長(zhǎng)期的研究，競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。

　　經(jīng)過長(zhǎng)期不懈的努力，由生物物理所劉迎芳和清華大學(xué)王宏偉課題組等中外多方參與的實(shí)驗(yàn)室最終經(jīng)過通力合作，通過使用最新的高分辨率單顆粒冷凍電鏡三維重構(gòu)技術(shù)，解析了含有A型流感病毒RNA聚合酶大部分成分的4.3埃分辨率的四聚體電鏡結(jié)構(gòu)。該復(fù)合體涵蓋了流感病毒聚合酶催化活性的核心區(qū)域。四聚體的每個(gè)單體內(nèi)部有一個(gè)空腔。從三維重構(gòu)密度圖中可以清晰識(shí)別出該空腔內(nèi)PB1上的催化結(jié)構(gòu)域以及結(jié)合的RNA復(fù)制起始鏈，推測(cè)是進(jìn)行RNA合成反應(yīng)的區(qū)域。其活性中心結(jié)構(gòu)與正鏈RNA聚合酶具有相似性，由此提出推測(cè)了流感病毒合成新生RNA鏈的機(jī)制。在四聚體復(fù)合物中，四個(gè)單體以D2對(duì)稱性排列構(gòu)成一個(gè)近似正方形結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的生物化學(xué)與功能研究發(fā)現(xiàn)該RNA聚合酶的寡聚狀態(tài)與其結(jié)合的不同RNA底物相關(guān)，并可以發(fā)生單體-二體-四體之間的四級(jí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，多聚體界面殘基的突變可以大大降低流感病毒的活力。在此基礎(chǔ)上該論文首次提出了流感病毒轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的轉(zhuǎn)換模型，即四聚體是該復(fù)合體復(fù)制狀態(tài)，而單體很可能是轉(zhuǎn)錄狀態(tài)。在該論文的審稿過程中，法國的一個(gè)研究組率先在Nature雜志同時(shí)發(fā)表了兩篇文章，分別報(bào)道了B型和蝙蝠流感病毒RNA聚合酶復(fù)合體的晶體結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)驗(yàn)證了冷凍電鏡解析的結(jié)構(gòu)模型，但是與本工作揭示的A型流感不同，這些聚合酶僅以單體形式存在，因此無法提出復(fù)制的可能機(jī)制。

　　該項(xiàng)目主要研究成員包括生物物理所常勝海、孫大鵬博士、梁歡歡博士、清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心博士研究生王家等十余名聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)成員。參加本課題研究的還有：美國UCLA的程根宏教授研究組、瑞士Paul Scherrer Institute的Dr. Meitian Wang研究組、清華大學(xué)王佳偉研究組以及浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院感染性疾病協(xié)同創(chuàng)新中心的李蘭娟教授研究組等。該工作的高分辨率冷凍電鏡數(shù)據(jù)采集于國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究(北京)設(shè)施清華大學(xué)冷凍電子顯微鏡平臺(tái)，也獲得了中科院生物物理所電鏡中心的大力幫助。該項(xiàng)研究課題得到了中國科學(xué)院先導(dǎo)B項(xiàng)目、科技部和國家自然科學(xué)基金委的資助。