生物通报道：来自中科院生物物理研究所，湖南师范大学的研究人员发表了题为“Cryo-EM structure of a transcribing cypovirus”的文章，首次解析了处于转录过程中的双链RNA病毒的近原子分辨率（4.1 Å）三维结构，并构建了这一病毒转录态的全氨基酸原子结构模型。相关成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

文章的通讯作者是生物物理研究所朱平研究员和程凌鹏副研究员，第一作者是生物物理研究所朱平研究组博士生杨崇文，生物物理研究所季刚高工，孙飞研究组博士生张凯等人参与了电镜成像和原子模型构建工作。湖南师范大学刘红荣教授参与了部分研究工作。

病毒的转录状态是亚稳定状态，难以形成规则排列的晶体，因此目前还没有关于转录态病毒的晶体结构报道。冷冻电镜三维重构技术非常适于解析此类生物大分子复合物的结构，目前已经报道的几个转录态病毒的结构研究工作都是利用冷冻电镜方法完成的，但分辨率只有2nm 左右，许多问题仍然没有答案。

在这篇文章中，研究人员首次将转录态双链RNA病毒结构精度推进到近原子分辨率水平，也是目前唯一一个可以看见单个氨基酸残基的病毒转录态冷冻电镜三维重构结果。

这一研究揭示了双链RNA病毒在其生命周期中的一个重要环节——转录环节中所发生的与其转录功能相适应的构象变化，不仅为长期以来关于双链RNA病毒mRNA的释放通道的假说提供了有力的结构证据，而且还观察到了之前人们预测的此类病毒在mRNA加帽过程中的GTase酶活位点及其和反应底物相互作用的状态，从而揭示了RNA转录和加帽过程中结构蛋白之间相互协调作用使得病毒新生RNA 得以顺利流出的机制，并澄清了长期以来双链RNA病毒转录过程中RNA释放通道的争论，这为进一步认识和理解病毒RNA转录和加帽机制，最终实现对此类病毒自我复制的干预提供了结构基础。

这项研究在中国科学院蛋白质科学研究平台的Titan Krios 300kV电镜上完成的。中科院生物物理研究所在中科院蛋白质科学研究平台二期建设当中，重点发展了生物大分子冷冻电镜三维重构研究平台，已建成具有世界先进水平的生物成像技术实验室，拥有目前最先进的300千伏Titan Krios场发射冷冻透射电子显微镜。

去年这一研究团队也曾在PNAS上发表文章，首次利用冷冻电镜技术解析生物大分子原子结构模型。研究人员利用生物成像技术实验室于2010年4月调试成功的冷冻电镜平台，用单颗粒图像处理技术获得了呼肠孤病毒科的质型多角体病毒近原子分辨率的三维结构（3.9埃），并独立构建了全原子模型。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Cryo-EM structure of a transcribing cypovirus

Double-stranded RNA viruses in the family Reoviridae are capable of transcribing and capping nascent mRNA within an icosahedral viral capsid that remains intact throughout repeated transcription cycles. However, how the highly coordinated mRNA transcription and capping process is facilitated by viral capsid proteins is still unknown. Cypovirus provides a good model system for studying the mRNA transcription and capping mechanism of viruses in the family Reoviridae. Here, we report a full backbone model of a transcribing cypovirus built from a near-atomic-resolution density map by cryoelectron microscopy. Compared with the structure of a nontranscribing cypovirus, the major capsid proteins of transcribing cypovirus undergo a series of conformational changes, giving rise to structural changes in the capsid shell: (i) an enlarged capsid chamber, which provides genomic RNA with more flexibility to move within the densely packed capsid, and (ii) a widened peripentonal channel in the capsid shell, which we confirmed to be a pathway for nascent mRNA. A rod-like structure attributable to a partially resolved nascent mRNA was observed in this channel. In addition, conformational change in the turret protein results in a relatively open turret at each fivefold axis. A GMP moiety, which is transferred to 5’-diphosphorylated mRNA during the mRNA capping reaction, was identified in the pocket-like guanylyltransferase domain of the turret protein.

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