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在真核細(xì)胞中，信使RNA加帽現(xiàn)象較為普遍，帽子結(jié)構(gòu)對維持RNA的穩(wěn)定性以及促進(jìn)蛋白質(zhì)翻譯至關(guān)重要。一些RNA病毒的基因組也具有帽子結(jié)構(gòu)，由于多數(shù)RNA病毒在細(xì)胞質(zhì)中復(fù)制，而宿主的加帽體系存在于細(xì)胞核中，因此某些病毒需要編碼加帽酶，擁有自身的加帽體系。如登革病毒、乙型腦炎病毒等黃病毒編碼的NS3和NS5蛋白都參與病毒基因組的加帽過程（圖1A）。與宿主加帽過程類似，黃病毒加帽涉及鳥苷酰轉(zhuǎn)移反應(yīng)，該反應(yīng)可將鳥苷三磷酸（GTP）中的鳥苷單磷酸（GMP）模塊連接到RNA的5'-端。研究表明該反應(yīng)過程中可形成GMP-蛋白質(zhì)共價(jià)中間體，即GMP先與特定的氨基酸殘基的側(cè)鏈形成共價(jià)鍵，進(jìn)而被轉(zhuǎn)移到RNA末端形成GpppRNA。在黃病毒相關(guān)研究中，有證據(jù)顯示NS5可與GMP形成共價(jià)中間體，但具體的氨基酸殘基未能得到確證。
中國科學(xué)院武漢病毒研究所龔鵬研究員團(tuán)隊(duì)長期從事RNA病毒聚合酶的催化與調(diào)控機(jī)制研究，黃病毒NS5蛋白是加帽酶和聚合酶的融合蛋白，其N端結(jié)構(gòu)域兼具甲基轉(zhuǎn)移酶（methyltransferase，MTase）和鳥苷酰轉(zhuǎn)移酶（guanylyltransferase，GTase）功能。近期該團(tuán)隊(duì)解析了蜱傳黃病毒鄂木斯克出血熱病毒（Omsk hemorrhagic fever virus，OHFV）NS5加帽酶的系列高分辨率晶體結(jié)構(gòu)（圖1B，分辨率1.4-2.1埃），成功捕獲了GMP和m7GMP（鳥苷N7位甲基化的GMP）與NS5第28位精氨酸（Arg28）形成的共價(jià)中間體（圖1C；圖1D下方結(jié)構(gòu)）。部分黃病毒NS5該位點(diǎn)為賴氨酸（Lys），提示GMP-Arg和GMP-Lys共價(jià)中間體均可能存在（圖1C），而m7GMP-Arg結(jié)構(gòu)則提示帽子鳥苷N7甲基化也有可能發(fā)生在鳥苷酰轉(zhuǎn)移反應(yīng)之前，這些結(jié)構(gòu)證據(jù)為深入理解黃病毒加帽機(jī)制提供了重要參考。此外，單磷酸核苷和精氨酸形成的共價(jià)分子此前在轉(zhuǎn)移酶和連接酶中均未被觀測到。與其他氨基酸相比，精氨酸形成的這類共價(jià)分子有何獨(dú)特之處，共價(jià)分子的形成過程及后續(xù)反應(yīng)的特征等均尚待進(jìn)一步研究。
相關(guān)論文近期在線發(fā)表于Journal of Virology上，此項(xiàng)研究受到科技部、國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院武漢國家生物安全實(shí)驗(yàn)室、湖北江夏實(shí)驗(yàn)室等的經(jīng)費(fèi)支持。武漢病毒所博士生莢恒霞為論文第一作者，武漢病毒所碩士生鐘堯和中國科學(xué)院蛋白質(zhì)科學(xué)研究中心彭超研究員為共同作者，龔鵬研究員為通訊作者。
論文鏈接為：https://journals.asm.org/doi/10.1128/jvi.00418-22
圖1. 黃病毒加帽過程中可形成GMP-精氨酸共價(jià)中間體。A) 黃病毒RNA的加帽過程示意圖。B) OHFV NS5 N端結(jié)構(gòu)域的晶體結(jié)構(gòu)。C) 基于結(jié)構(gòu)的12種黃病毒GTP/帽子相互作用模塊的部分序列比對。D) GTP/GMP-Arg28共價(jià)中間體和m7GTP/m7GMP-Arg28共價(jià)中間體結(jié)構(gòu)。其中GTP/GMP、m7GTP/ m7GMP、Arg28的2Fo-Fc電子密度（經(jīng)3500 K拼合模擬退火處理，0.8σ水平）同時(shí)顯示。