鄢仁鸿团队解析猴痘病毒DNA聚合酶抑制剂作用的分子机制

2024-04-14

疫苗

2024年4月4日，南方科技大学鄢仁鸿课题组在Structure上在线发表题为 Structural basis for the inhibition mechanism of the DNA polymerase holoenzyme from mpox virus（抑制猴痘病毒DNA聚合酶全酶的结构基础）的研究论文，该论文解析了猴痘病毒DNA聚合酶全酶与核苷类抑制剂阿糖胞苷三磷酸（Ara-CTP）结合的结构，揭示了Ara-CTP抑制DNA聚合酶全酶工作的分子机制。猴痘病毒最早于1985年在恒河猴中被分离和鉴定。由于猴痘病毒和历史上曾引发大流行疾病的天花病毒同属于正痘病毒科病毒，且二者有高度相似的基因组结构特征和发病症状，因此在天花病毒被消灭后，猴痘病毒被认为最有可能引起下一次流行危机的痘病毒。自2022年5月起，猴痘病毒开始在世界范围内爆发。报道显示，今年美国同期猴痘感染病例是去年的接近两倍，而刚果民主共和国内的猴痘流行已导致数百名患者死亡，表明该疫情仍未得到有效控制。目前，国内尚无获批的特异性抗猴痘病毒药物以及疫苗，其关键原因在于对猴痘病毒致病的分子机制尚未研究清楚，尤其是针对猴痘病毒DNA复制机器分子机制的研究不足限制了相关抗病毒药物的开发。猴痘病毒呈椭圆形或砖形，大小约为200×250纳米，表面上装饰有膜表面的管状结构或丝状结构，以及包含基因的核心。猴痘病毒基因组是一个长度超过197 kb的线性双链DNA，编码约200个基因。其两端由回文式的发夹连接，而倒置端重复序列（Inverted Terminal Repeats, ITRs）由发夹环、串联重复序列以及若干开放阅读框架（Open Reading Frames, ORFs）组成。尽管猴痘病毒属于DNA病毒，但其整个生命周期均发生在宿主细胞的细胞质内。猴痘病毒基因组编码了进行病毒DNA复制、转录、病毒颗粒组装和释放所需的所有蛋白质，不依赖宿主自身的DNA复制机制。核苷类似物 Ara-C 是此前已经被批准应用的抗肿瘤药物，用于治疗急性白血病和其他造血系统恶性肿瘤。此前研究证明Ara-C 能够通过中断 DNA 合成来阻碍痘病毒复制。Ara-C 以类似于西多福韦的方式代谢为其活性形式三磷酸阿糖胞苷 (Ara-CTP)，并靶向病毒 DNA 聚合酶，有效地削弱其复制病毒 DNA 的能力，这背后具体的分子机制此前并不清楚。本篇文章的研究目的在于揭示核苷类抑制剂Ara-CTP作用的分子机制。作者首次解析了分辨率为3.0 Å的猴痘病毒DNA 聚合酶全酶 F8/A22/E4结合Ara-CTP)的复合物结构，发现Ara-CTP通过竞争性结合底物dCTP来终止DNA链的延伸，Asn665位点与Ara-CTP间形成的额外氢键使其比dCTP具有更强的结合力。但同源序列比对分析发现，Asn665在几乎所有病毒的DNA聚合酶及真核细胞的DNA聚合酶中都是保守存在的，表明这种药物的抑制特异性并不强，长期使用会产生较大的副作用。因此，仍需要开发特异性更强的抗病毒药物。此外，与 apo 状态的DNA 聚合酶全酶 F8/A22/E4相比，与 dCTP / Ara-CTP底物及双链DNA结合的结构表现出显著的差异，细节分析揭示出该聚合酶在激活过程中的具体结构变化特征。该结构的变化特征也为一些猴痘病毒抗药突变体的逃逸机制提供了解释。图1 猴痘病毒DNA聚合酶全酶抑制剂作用的结构基础本篇文章的通讯作者是南方科技大学医学院助理教授鄢仁鸿，西湖大学博士生申雅萍和清华大学博士生李雅宁为文章的共同第一作者。原文链接：https://www-cell-com.libproxy1.nus.edu.sg/structure/fulltext/S0969-2126(24)00086-8识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。