强强联合！施一/高福揭示猴痘病毒DNA聚合酶全酶的结构

世界卫生组织于2022年7月宣布猴痘为国际关注的突发公共卫生事件，迫切需要预防和治疗措施。

2022年12月15日，中国科学院微生物研究所施一及高福共同通讯在Science在线发表题为“Structure of monkeypox virus DNA polymerase  holoenzyme”的研究论文，该研究解析了猴痘病毒DNA聚合酶全酶的结构。猴痘病毒(MPXV)具有自己的DNA聚合酶F8，以及加工辅因子A22和E4，构成用于基因组复制的聚合酶全酶。

该研究用冷冻电镜在~2.8Å的全局分辨率下确定了与DNA复合的全酶结构。该全酶具有一种结构，表明病毒DNA复制具有一种“向前滑动钳”的加工机制。MPXV聚合酶与不同物种的其他B家族DNA聚合酶具有相似的DNA结合模式。总之，这些发现揭示了MPXV基因组复制的机制，并可能指导抗痘病毒药物的开发。

自从刚果民主共和国发现首例人痘病例以来，它已在几个中非和西非国家流行。非洲以外的地区也有零星感染病例报告，包括英国、美国、新加坡和以色列，主要与来自流行国家的旅行者有关。医院感染，或直接接触感染MPXV的进口啮齿动物。系统发育分析显示，MPXV可分为两个遗传分支：西非分支和更致病的刚果盆地分支。2022年暴发的MPXV属于西非分支，很可能有一个尚未确定的单一起源。

MPXV是一种大型双链DNA病毒，只在受感染细胞的细胞质中复制。它属于痘病毒科的正痘病毒属，该病毒科还包括天花病毒。与痘病毒的原型痘苗病毒(VACV)类似，MPXV可通过与质膜融合或内吞作用进入宿主细胞，病毒粒子膜中至少有16个蛋白质参与进入过程。进入后，病毒启动早期基因转录事件，病毒DNA合成发生在称为病毒工厂的核周位点。MPXV复制全酶由催化聚合酶F8(相当于VACV中的E9)、异源二聚体生成因子A22(相当于VACV中的A20)和尿嘧啶-DNA糖基化酶E4(相当于VACV中的D4)组成。

A22-E4异源二聚体促进MPXV DNA聚合酶活性的独特机制（图源自Science ）

先前对VACV E9-A20-D4核心复制机制的遗传、生化和结构研究促进了人们对痘病毒DNA复制的理解。VACV E9被认为是B家族DNA聚合酶的成员，结构分析揭示了DNA聚合酶的典型特征和5个痘病毒特异性插入。E9聚合酶单独不具有加工DNA合成活性，除非它与其异源二聚体辅因子A20/D4结合。尽管痘病毒DNA聚合酶与其他B家族聚合酶具有许多共同特征，但其加工因子是独特的。

在VACV中，A20是连接E9和D4的重要桥梁，与痘病毒以外的病毒蛋白没有同源性。A20的N端结构域与D4结合，其C端结构域与E9的palm结构域的一个插入结合。鉴于 DNA 复制机制对于正痘病毒是非常保守的，VACV 和 MPXV 之间的序列同一性超过97% ，因此 VACV 获得的结果也可以应用于 MPXV。然而，人们仍在等待一个可靠的高分辨率结构的正痘病毒聚合酶全酶的复制状态，并需要阐明的运作模式的因子。而该研究恰好解决了这一问题。该研究解析了猴痘病毒DNA聚合酶全酶的结构。猴痘病毒(MPXV)具有自己的DNA聚合酶F8，以及加工辅因子A22和E4，构成用于基因组复制的聚合酶全酶。

该研究用冷冻电镜在~2.8Å的全局分辨率下确定了与DNA复合的全酶结构。该全酶具有一种结构，表明病毒DNA复制具有一种“向前滑动钳”的加工机制。MPXV聚合酶与不同物种的其他B家族DNA聚合酶具有相似的DNA结合模式。总之，这些发现揭示了MPXV基因组复制的机制，并可能指导抗痘病毒药物的开发。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade6360

转自：“iNature”微信公众号

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