流感病毒微型核糖核蛋白復合物中聚合酶-核蛋白-RNA的耦合機制解析
《Nature Communications》：Coupling of polymerase-nucleoprotein-RNA in an influenza virus mini ribonucleoprotein complex
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時間：2025年11月06日
來源：Nature Communications 15.7
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本研究針對流感病毒復制轉錄核心裝置——核糖核蛋白復合物（RNP）的結構機制難題，通過原子分辨率冷凍電鏡技術解析了微型vRNP的兩種構象狀態。研究人員首次揭示了FluPol在NP-RNA環內的動態定位模式，發現NP-0通過D72-K90環插入RNA叉口穩定啟動子雙鏈區，并闡明RNA在NP溝槽中的連續保護路徑。該研究為理解負鏈RNA病毒基因組包裝、復制轉錄切換提供了關鍵結構基礎，對廣譜抗病毒藥物開發具有重要指導意義。
流感病毒每年引發全球性流行病，其單鏈負義RNA基因組需與病毒編碼的核蛋白（NP）和聚合酶復合物（FluPol）組裝成核糖核蛋白復合物（RNP），才能進行復制和轉錄。然而，RNP中FluPol、NP和RNA三者如何精確耦合，其動態構象變化如何調控病毒生命周期，一直是領域內亟待解決的核心問題。以往研究雖已建立RNP的基本架構模型，但受限于分辨率，無法揭示原子水平的相互作用細節。發表于《Nature Communications》的這項研究，通過突破性冷凍電鏡技術解析了微型vRNP的原子結構，為這一謎題提供了全新見解。
研究團隊采用質粒轉染哺乳動物細胞系統重構微型vRNP，通過親和色譜與甘油梯度離心純化樣本，利用冷凍電鏡單顆粒分析技術解析了兩種功能狀態（State-In和State-Out）的復合物結構。其中State-In構象以2.89?分辨率呈現，State-Out構象分辨率為5.54?，并采用局部重構策略提升關鍵區域分辨率至2.97-4.75?。
在兩種狀態的微型vRNP中均觀察到1個FluPol與8個NP形成環狀結構，vRNA結合于環內側。FluPol以經典方式鉗制vRNA的5'和3'末端，而NP-0（唯一與FluPol直接作用的NP）穩定遠端啟動子雙鏈區。State-In中FluPol垂直位于NP環中心空腔，State-Out中FluPol附著于NP環外側，二者通過NP-0的15°擺動實現構象轉換。
NP-0頭部結構域的兩個環區（I201-N211和E244-A251）與FluPol的PA/PB1亞基形成界面。關鍵殘基NP-0 R208與PA A375/E377及vRNA 5'末端磷酸基團形成氫鍵網絡，突變實驗證實R208A顯著抑制vRNP活性。該界面在甲型流感病毒株中高度保守（除蝙蝠H17N10/H18N11株），表明其功能重要性。
NP-0的D72-K90環在結合RNA叉口時折疊為α螺旋，插入雙鏈區使RNA單鏈化后分別嵌入NP-0的RNA結合溝槽。而常規位置NP（如NP+2）的D72-K90環保持開放構象，線性vRNA沿相鄰NP的溝槽形成連續保護路徑。比較發現，NP C末端（G490-D497）在寡聚化時發生構象變化，釋放溝槽以容納病毒RNA。
State-In構象中，FluPol二聚化界面（PA 432-438環、PB2亞域）及Pol II結合界面（PA CTD）被NP環遮蔽；而State-Out中這些界面完全暴露。提示State-In可能代表RNP的惰性狀態，構象轉換是啟動復制或轉錄的前提。該發現為理解病毒RNP在細胞核內的功能切換提供了結構證據。
本研究通過原子分辨率結構揭示了流感病毒RNP中“聚合酶-核蛋白-RNA”三位一體的耦合機制，首次捕捉到NP-0介導的啟動子雙鏈區分裂及構象依賴性功能界面暴露現象。不僅修正了既往模型中雙末端分別結合NP的假設，還提出NP寡聚化誘導的C端構象變化是RNA包裝的關鍵步驟。這些發現為靶向RNP組裝過程的抗病毒藥物設計提供了精準藍圖，尤其是NP-0的RNA結合溝槽和FluPol-NP界面已成為極具潛力的干預靶標。
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