Nat Commun|中國科學院武漢病毒所鄧增欽團隊揭示正布尼亞病毒EBIV聚合酶工作的分子機制

近日，中國科學院武漢病毒研究所/高致病性病毒與生物安全全國重點實驗室鄧增欽團隊在國際知名期刊Nature Communications發表題為“Structural basis for RNA synthesis and inhibition of the orthobunyavirus polymerase”的研究論文。該研究解析了正布尼亞病毒艾比湖病毒（Ebinur Lake virus，EBIV）RNA聚合酶多個功能狀態下的三維結構，揭示了其在RNA合成過程中的構象變化，發現了非核苷類抑制劑并闡明了其作用機制，為抗正布尼亞病毒藥物研發提供了基礎。

正布尼亞病毒屬包含拉克羅斯病毒（LACV）、施馬倫貝格病毒（SBV）和奧羅普切病毒（OROV）等120余種成員，對公共健康構成重大威脅，但目前尚無獲批的抗病毒藥物。近年來，OROV在美洲地區持續暴發流行，凸顯了相關藥物研發的緊迫性。EBIV最初分離自中國新疆艾比湖地區的兇小庫蚊，隨后在俄羅斯的鳥類和蚊蟲中也被檢出。該病毒對小鼠致病性極強，且人群血清學檢測到抗體陽性，提示其具有潛在的感染人類風險。正布尼亞病毒編碼的RNA依賴性RNA聚合酶（L蛋白）是病毒轉錄和復制的關鍵酶，包含核酸內切酶結構域（EN）和RNA依賴性RNA聚合酶結構域（RdRp）兩個具有酶活性的結構域。RdRp結構域負責RNA合成，EN與甲基化帽子結合結構域通過“奪帽”機制獲取宿主mRNA的甲基化帽子啟動病毒mRNA的轉錄。此外，正布尼亞病毒L蛋白的C末端還有一個獨特的鋅結合結構域（ZBD），但其功能尚不明確。多種布尼亞病毒通過“prime-and-realign”機制啟動基因組復制，對LACV L蛋白的結構分析揭示了一段名為prime-and-realign loop（PR loop）的結構在復制起始階段的重要作用。然而，該PR loop的結構-功能相關性以及其在正布尼亞病毒中的功能是否保守仍有待充分闡明。

本研究成功表達并純化了具有活性的EBIV全長L蛋白，并利用冷凍電鏡技術解析了全長L蛋白（apo）的結構和RNA處于延伸狀態下的復合物結構，揭示了PR loop和ZBD的構象特征及其功能。結構比對顯示，L蛋白在RNA合成過程中發生顯著構象重排，特別是RdRp結構域及其周圍的多個結構域發生協同運動，以容納新產生的模板-產物雙鏈RNA。EBIV PR loop在不同功能狀態下也發生構象變化。在延伸狀態下，PR loop從活性位點回縮，處于類似于LACV延伸狀態中觀察到的構象，而在apo狀態下則處于一種此前未被報道的穩定構象。具體而言，EBIV L apo狀態中的E981-L985片段是一個長α-螺旋的一部分，而在LACV L起始狀態中觀察到的則是柔性環。此外，D988與附近帶正電的氨基酸殘基形成相互作用，而這種相互作用在延伸狀態中被破壞。功能實驗表明，PR loop上多個氨基酸突變都會削弱EBIV L從頭合成RNA的活性，并在微復制子系統中顯著降低報告基因的表達水平（圖1）。相比之下，這些突變體對引物依賴的RNA延伸活性的影響有限，證明其在復制啟始階段具有重要作用。研究還發現位于ZBD上的一段β-hairpin結構插入聚合酶核心區，形成穩定的界面相互作用，對維持聚合酶活性至關重要，是正布尼亞病毒聚合酶的重要結構特征。

圖1. EBIV L PR loop構象及其突變的影響

本研究進一步發現用于治療非洲錐蟲病的百年老藥suramin對EBIV復制具有顯著抑制作用。酶學分析表明，suramin能夠有效抑制EBIV L聚合酶活性；冷凍電鏡結構揭示，suramin在聚合酶上有兩個結合位點：其中一個位于病毒RNA啟動子結合口袋附近，可阻斷vRNA啟動子結合；另一個位于聚合酶RNA雙鏈結合通道內，干擾RNA雙鏈和L蛋白的穩定相互作用，從而實現雙位點協同抑制（圖2）。

圖2. Suramin抑制EBIV L活性及其結合位點

綜上，本研究解析了EBIV L蛋白的apo狀態、RNA延伸復合物及抑制劑結合復合物結構，揭示了PR loop的兩種構象，促進了對RNA合成調控的理解。同時，發現了對聚合酶活性關鍵的β-hairpin結構，并闡明suramin的雙重抑制機制，為開發廣譜抗正布尼亞病毒藥物提供了結構基礎。

武漢病毒所博士研究生唐晶晶為論文第一作者，鄧增欽研究員為通訊作者，夏菡和袁志明研究員及武漢大學趙海艷研究員等為合作作者。該研究得到中國科學院先導專項和國家重點研發計劃等項目的資助。

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https://www.nature.com/articles/s41467-026-72944-1