【研究进展】张勤奋副教授课题组通过冷冻电镜技术解析一蚊子RNA病毒的新结构

        蚊子能够携带、传播多种病毒。张勤奋课题组及合作者在前期研究中，从库蚊（Culex）中分离出一株双链RNA病毒株： OmRV-LZ。该病毒属于单组分RNA病毒类似病毒（Totivirus-like virus）。传统的单组分RNA病毒科（Totiviridae）成员以真菌或原生动物为宿主，不具备细胞间传播的能力，而OmRV-LZ却具有细胞间传播能力。尚不清楚为何此种病毒具有细胞间传播能力。 

       2021年3月17日，张勤奋课题组在PLoS Pathogens在线发表了题为“Cryo-EM reveals a previously unrecognized structural protein of a dsRNA virus implicated in its extracellular transmission”的研究论文。

       作者使用冷冻电镜技术收集多种状态的病毒图像(图1A)， 解析了OmRV-LZ实心颗粒2.79Å分辨率和空心颗粒3.40Å分辨率的三维结构（图1B）。辨析了衣壳蛋白上绝大多数的氨基酸残基（图1C）。 并发现了之前未发现和解析过的突起结构（图1 B箭头所示）。该突起为五聚体（图2A），其单体头部由β-jelly roll组成（图2B），茎部与衣壳相联系。并根据结构特征（图2C）和氨基酸序列信息，首次确定了编码该突起的基因，明确了单组分RNA类似病毒除衣壳蛋白、RNA聚合蛋白以外的一种新结构蛋白。

       图1. OmRV-LZ的整体结构和局部细节  A. 典型的OmRV-LZ实心颗粒（左）和空心颗粒（右）冷冻电镜照片 B. OmRV-LZ实心颗粒（左）和空心颗粒（右）的三维结构。分别用表面视图和截面视图展示。箭头指出新发现的突起结构。C. OmRV-LZ衣壳的部分电子密度和对应的原子模型。

图2. 突起结构  A. 突起五聚体整体的电子密度 B. 突起单体电子密度和对应的原子模型 C. 突起茎部典型的氨基酸侧链密度 D. 突起整体的原子模型

       图3. OmRV-LZ突起缺失颗粒的结构特征 （A）衣壳蛋白原子模型的比较显示突起缺失后（红色）向外转动1.2°，从而使两者间的通道扩张。 （B）OmRV-LZ颗粒（蓝色）与突起缺失颗粒（红色）电子密度图比较，显示缺失突起后颗粒总体向外膨胀。

       研究还发现突起的丢失可以导致病毒衣壳蛋白以二次轴为顶点，向外部倾斜~1.2°（图3A），使得衣壳直径轻微变大（图3B）。并使被突起封闭的五次轴顶点的孔道向外部开放。

       进一步的结构与功能分析，发现了OMRV-LZ基因组中的新的酶切位点，表明突起与细胞入侵等生命过程相关，并对OmRV-LZ的细胞间传播具有重要作用。

       单组分RNA病毒及其类似病毒的宿主，不但有真菌、原生动物，还有虾等养殖生物，本结果对这些宿主病原及其控制、对蚊子的生物防治等都具有意义。

      张勤奋副教授与广东省疾控中心吴德博士为本论文通讯作者，研究生邵千芊、贾旭东、高远瞩和广东省疾控中心刘哲博士为本文共同第一作者。中山大学有害生物控制与资源利用国家重点实验室、生命科学学院为文章第一作者单位。

       原文链接：https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1009396

       来源：有害生物控制与资源利用国家重点实验室