研究揭示非洲猪瘟病毒转录天然复合物的结构与调节机制

非洲猪瘟病毒（ASFV）基因组约有20%的基因编码蛋白参与病毒mRNA的转录和修饰。这种独特的转录机制使ASFV能够在宿主细胞内独立进行基因表达的精确调控。由于缺乏天然RNA聚合酶复合物机器的结构学信息，ASFV转录的具体生物过程、组装和调控机制尚不清楚。

近日，中国科学院生物物理研究所饶子和、王祥喜研究组在《自然-通讯》（Nature Communications）上在线发表了题为Transcription Regulation of African Swine Fever Virus: Dual Role of M1249L的研究论文。该研究在ASFV感染的猪巨噬细胞中分离并解析了病毒RNA聚合酶（vRNAP）的高分辨率冷冻电镜结构，包括聚合酶与内源DNA的复合体结构以及聚合酶与病毒蛋白M1249L的复合体结构。研究发现，M1249L参与病毒衣壳的组装并参与vRNAP的构成和转录调控。

生物信息学分析显示，ASFV编码8个RNA聚合酶亚基以及与真核生物同源的转录因子。由于ASFV高致病性，因此ASFV基因转录和转录加工酶在病毒组装过程中的实验数据有限。该研究采用天然提取方法，获得感染状态下ASFV vRNAP的天然构象，发现了参与病毒转录复合体形成的多功能蛋白M1249L。研究通过荧光素酶报告系统验证了M1249L的功能，发现了M1249L能够显著增加vRNAP活性且具有剂量依赖性。进而，研究在冷冻电镜样品数据中重构了M1249L与vRNAP结合的多种状态，揭示了其在感染过程中的丰富动态性。

ASFV编码与宿主同源的转录因子，表明ASFV具有独立于宿主的转录系统。该研究在病毒感染后不同时间节点获得的vRNAP中均未发现其他转录因子的结合，推断M1249L可能作为感染早期的临时转录因子参与病毒基因启动子的结合和转录。基于结构的分析表明，M1249L的C末端结构域可能是vRNAP激活/失活状态的转换开关。结合ASFV vRNAP和M1249L蛋白复合物的结构解析和动力学分析，研究提出了在病毒整个生命周期中控制病毒基因转录的动态催化调节机制模型。

研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院和中国农业科学院相关项目的支持。该工作由生物物理所和中国农业科学院合作完成。

论文链接

非洲猪瘟病毒天然RNA聚合酶与M1249L蛋白复合物的冷冻电镜结构

非洲猪瘟病毒生命周期中的基因转录调控模型