繼2008年8月在《自然》雜志上發(fā)表禽流感病毒RNA論文之后,*生物物理研究所研究員劉迎芳領(lǐng)導(dǎo)的課題組和饒子和院士領(lǐng)導(dǎo)的南開大學(xué)、清華大學(xué)和生物物理所聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,在前期工作的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步解析了該RNA聚合酶PA亞基剩余的氨基端(PAN)的高分辨率晶體結(jié)構(gòu),從而基本完成了對(duì)流感病毒聚合酶PA亞基的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究工作。他們的研究結(jié)果清晰地揭示了PA蛋白具有核酸內(nèi)切酶功能。這一結(jié)果推翻了以往報(bào)道的PB1亞基在聚合酶復(fù)合體中行使此項(xiàng)功能的推論。2月4日,《自然》再次在線發(fā)表了他們的合作研究成果,并專門配發(fā)了新聞,介紹了這一重要研究成果。
據(jù)介紹,禽感病毒是含有8個(gè)RNA基因組片段的負(fù)鏈RNA病毒,已知可以編碼11種病毒蛋白質(zhì)。其中,PB1、PB2和PA等3個(gè)蛋白質(zhì)亞基組成流感病毒重要的生命機(jī)器:流感病毒RNA聚合酶。在禽流感病毒的復(fù)制和感染的過程中,流感病毒聚合酶發(fā)揮了至關(guān)重要的作用,它負(fù)責(zé)行使病毒基因組RNA的復(fù)制以及病毒mRNA轉(zhuǎn)錄等多方面功能。其中,PB2蛋白負(fù)責(zé)捕捉宿主細(xì)胞的mRNA分子用于自身mRNA轉(zhuǎn)錄,PB1含有聚合酶活性中心,是行使病毒NA的合成功能的催化亞基,而PA在該復(fù)合體的功能一直沒有明確。研究流感病毒聚合酶的結(jié)構(gòu),不僅僅對(duì)揭示流感病毒聚合酶的作用機(jī)制具有重要的科學(xué)意義,還將對(duì)臨床上 藥物的研發(fā)提供清晰的分子模型。但是,由于在研究這一復(fù)合體中存在種種困難,這一復(fù)合體或者其組成的亞基的結(jié)構(gòu)一直沒有被揭示。
劉迎芳和饒子和抓住這一問題不放,終于逐步系統(tǒng)地解析了H5N1毒株RNA聚合酶復(fù)合體PA亞基的基本結(jié)構(gòu)。通過對(duì)該結(jié)構(gòu)的分析,他們推測(cè),該蛋白有可能是一個(gè)具有新型結(jié)構(gòu)的核酸內(nèi)切酶。據(jù)此,他們進(jìn)一步開展了一系列的體內(nèi)和體外的分子生物學(xué)、生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析,其結(jié)果充分證實(shí)了他們根據(jù)結(jié)構(gòu)分析所作出的推測(cè)是正確的。該內(nèi)切核酸酶活性將使聚合酶復(fù)合體捕獲的宿主細(xì)胞mRNA,被流感病毒聚合酶內(nèi)切酶切割,以用于病毒mRNA轉(zhuǎn)錄。這一活性的缺失,將造成病毒不能在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄mRNA。這一結(jié)論清晰地揭示了PA參與病毒轉(zhuǎn)錄功能的一個(gè)重要分子機(jī)制,同時(shí)還證明了禽流感病毒RNA聚合酶中所具有的核酸內(nèi)切酶功能是在PA亞基上,而不是在以往人們報(bào)道的PB1亞基上。這一研究結(jié)果不僅揭示了PA的功能機(jī)制,而且還為相關(guān)藥物研發(fā)提供了一個(gè)新的原子水平的精細(xì)結(jié)構(gòu)平臺(tái)。
據(jù)中科院生命科學(xué)與生物技術(shù)局相關(guān)人士介紹,目前,除了國(guó)內(nèi)禽流感疫情外,由于禽鳥遷徙等原因,我國(guó)周邊國(guó)家的禽流感疫情也不容忽視。印尼是目前世界上禽流感疫情zui嚴(yán)重的國(guó)家,截至2008年底,該國(guó)共發(fā)生人感染禽流感病例139例,其中113人死亡;越南僅次于印尼,截至2008年底,共有107個(gè)病例,其中52人死亡。此外,印度、孟加拉、越南也陸續(xù)暴發(fā)疫情。盡管由于各國(guó)加強(qiáng)監(jiān)督及加速撲殺可能染病的家禽,在亞洲,至今已有高達(dá)5億只家禽死于禽流感或?yàn)榭刂埔咔槎粨錃ⅲ琀5N1致命病例過去兩年連續(xù)減少,家禽暴發(fā)疫情的國(guó)家近年也減少了,但是禽流感的威脅始終揮之不去。自2003年暴發(fā)疫情后,H5N1一直保持在“zui低程度的散發(fā),多次卻驟然爆發(fā)”狀態(tài)。
劉迎芳說,在此項(xiàng)研究工作中,英國(guó)牛津大學(xué)的Ervin Fodor博士及Tao Deng博士、新加坡國(guó)立大學(xué)Ruowen Ge博士等亦參與了部分研究工作,美國(guó)APS同步輻射中心教授張榮光在數(shù)據(jù)收集中也提供了幫助。此外,中國(guó)農(nóng)科院陳化蘭、于康鎮(zhèn)教授提供了病毒基因。