中大新聞網訊（通訊員梁歡歡、吳益喜）流感病毒 (Influenza virus)對人類健康構成了長期的重大威脅。流感病毒RNA聚合酶（以下簡稱為FluPol）是由PA、PB1和PB2三個亞基組成的異源復合物，它同時負責病毒基因組的轉錄和復制。研究表明，聚合酶在轉錄和復制功能之間的切換是至關重要的。在感染初期，FluPol主要進行轉錄過程，合成含PolyA尾的mRNA；而在感染后期，FluPol主要進行復制過程，產生子代vRNA基因組。盡管近年來多種FluPol復合體的結構被解析，FluPol如何實現轉錄和復制功能切換的機制仍不清楚。
針對上述科學問題，中山大學藥學院（深圳）梁歡歡教授和中山大學醫學院劉迎芳教授聯合課題組，聯合清華大學饒子和院士研究組、浙江大學張興教授和中山大學附屬第六醫院蘭平教授等科研團隊，解析了來源于禽流感病毒（H5N1）的FluPol結合vRNA 啟動子的冷凍電鏡結構（分辨率3.7 ?）。該結構與以往已發表的FluPol轉錄態和復制態具有較大的構象差異，動態模擬顯示從該結構可以方便地在轉錄態或復制態之間切換，表明其是FluPol在病毒兩個生命過程之間轉換的一種過渡態。如果突變破壞維持該結構的關鍵氨基酸，FluPol的體內和體外的轉錄或復制活性受到顯著影響，這說明維持這種過渡態的構象對聚合酶的轉錄和復制活性至關重要。
圖1 感病毒H5N1聚合酶結合vRNA promoter的電鏡結構
根據以上結果，研究人員提出了一個FluPol在轉錄與復制功能轉換的分子機制模型。在流感病毒感染早期，宿主細胞內Pol II結合并激活FluPol，使其構象由過渡態向轉錄起始狀態轉換，啟動病毒轉錄；轉錄結束后，FluPol回到過渡態構象。一旦新合成的FluPol積累起來，在宿主因子ANP32A的介導下，結合在病毒基因組RNA上的過渡態FluPol與游離態的FluPol形成不對稱的二聚體，介導聚合酶由過渡態轉換為復制態，從而開啟復制周期。同時，研究人員推測FluPol的這種過渡態構象還可能反映了FluPol在病毒顆粒中的真實狀態。
圖2 聚合酶轉錄態、復制態和過渡態之間的轉換
這項研究不僅進一步揭示和完善了流感病毒RNA聚合酶的轉錄和復制工作機制，而且為開發新的抗流感藥物提供了新的結構基礎。該研究論文于2023年7月24日在Nature Structural & Molecular Biology雜志上在線發表。其中，中山大學藥學院（深圳）梁歡歡教授和中山大學醫學院劉迎芳教授為論文的共同通訊作者。清華大學饒子和院士及其團隊的王權博士等合作者給予了大力幫助并做出了重要貢獻。中山大學附屬第六醫院的李歡歡博士、中山大學醫學院博士研究生吳益喜和黎敏科，以及中國科學院生物物理研究所郭路博士為共同第一作者。據了解，該研究團隊在流感病毒RNA聚合酶結構與功能機制研究方面已經發表了多篇重要成果（Nature, 2008, 2009; Molecular Cell, 2015）。其中，發現和解析的FluPol上的核酸酶位點（Nature，2009），已經被日本鹽野義及美國羅氏醫藥公司用于成功開發了強大的抗流感病毒藥物瑪巴洛沙韋。本論文工作得到了國家自然科學基金委員會、廣東省珠江引進人才創新創業團隊項目、深圳市科技創新委員會等項目基金的支持。
