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2号站先进的冷冻电镜成像揭示了病毒RNA复制复合体的高分辨率结构

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第一次,莫格里奇研究所的科学家们产生附近原子分辨率的图像主要病毒蛋白质复杂的负责复制的RNA基因组正链RNA病毒,病毒的大型类,包括冠状病毒和其他病原体。
 
研究结果将有助于开发新型抗病毒药物,并为了解病毒生命周期的机理提供帮助。
 
Paul Ahlquist是威斯康星大学麦迪逊分校肿瘤学和分子病毒学教授,也是Morgridge研究所John W.和Jeanne M. Rowe病毒学研究中心的主任,他说:“将这些关键结构可视化的能力的迅速发展改变了游戏规则。”这项研究的其他作者包括Nuruddin Unchwaniwala, Hong Zhan, Janice Pennington, Mark Horswill和Johan den Boon。
 
Ahlquist和他的团队利用一种叫做低温电子显微镜(cryo-EM)体层摄影的先进技术,在之前的研究基础上,首次发现了这种冠状病毒RNA复制复合体的存在。
 
7月20日发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的一项新研究显示,复制冠复合物的分辨率显著提高到大约8.5埃,这相当于几个原子的间距。
 
低温电子显微技术最近在其能力上经历了一次量子飞跃。在这项研究中,我们的课题组结合了多种先进技术,极大地改进了样品制备、图像采集和图像处理,并绘制了复合物中特定蛋白结构域的位置。
 
Paul Ahlquist说,他是Morgridge研究所John W.和Jeanne M. Rowe病毒学研究中心的主任
 
本研究涉及的正链RNA病毒是六种遗传病毒中最大的一种,2号站注册登录包括许多重要病原体,如寨卡病毒、登革病毒和基孔肯雅病毒,以及造成当前COVID-19大流行的冠状病毒,如SARS-CoV-2。
 
在每一种正链RNA病毒中,大部分病毒基因都致力于一个单一的过程:复制病毒RNA基因组。
 
Ahlquist说:“考虑到如此大规模的资源投资,病毒RNA基因组复制可以说是感染中最重要的过程之一,而且它已经是病毒控制的一个主要目标。”
 
在感染细胞内,病毒RNA复制发生在修饰过的细胞膜上,通常与球形、病毒诱导的约50-100纳米的小泡结合。Ahlquist和他的团队之前证明,在每个这样的基因组复制复合体中,一个病毒RNA基因组或染色体的副本被保护在球状囊泡内,作为复制模板发挥作用。复制复合体重复复制存档的病毒RNA染色体产生新的子代基因组,这些基因组通过囊泡上的膜颈释放到细胞质中,在细胞质中作为新的感染性病毒粒子的有效载荷。
 
这项先前的工作进一步表明,诱导复制的关键病毒蛋白囊泡和复制病毒RNA驻留在一个引人注目的环状结构或冠状结构,位于与细胞质相连的大球体颈的细胞质侧。
 
新的高分辨率低温电镜图像和互补结果显示,树冠由12个关键病毒RNA复制蛋白的拷贝组成,它们像桶中的棒子一样排列。此外,图像还显示了像拉链一样的相互作用,就像桶上的圆环,将相邻的部分连接在一起,形成环状的皇冠。这些拉链的相互作用与Ahlquist小组之前在该蛋白中绘制的多聚相互作用很好地对应。
 
形成树冠的病毒RNA复制蛋白是一种非常大的、多结构域的、多功能蛋白,大小接近1000个氨基酸。该蛋白含有RNA聚合酶和RNA帽域;许多正链RNA病毒中保存的用于合成新的病毒基因组副本的两个酶域;以及用于多聚、结合膜和其他功能的其他域。
 
这些结构域在冠结构中的物理组织是理解复制复杂功能的最重要的问题之一,也是定义高分辨率冠结构的几个强烈动机之一。
 
使用这种方法结合基因工程、岩石标签与标签由纳米金粒子在低温电子显微镜可见,研究人员发现,c端聚合酶病毒RNA复制的蛋白质是定位在皇冠的顶点,使氨基限制域底部的结构与膜的相互作用。

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