Nature子刊：这个病毒聚合酶的结构为研制疫苗带来希望

拉沙病毒在西非国家流行，通过被Mastomys鼠的尿液或粪便污染的食物或家庭用品传播给人类。尽管许多感染拉沙病毒的人是无症状的，但五分之一的感染会导致严重的出血性疾病，攻击肝脏、脾脏和肾脏等重要器官。

世界卫生组织(世卫组织)将拉沙热列为重大公共卫生威胁，具有很高的流行潜力，而且没有有效的对策。拉沙热没有疫苗，只有一种药物——一种叫做利巴韦林的广谱抗病毒药物，其疗效有限。

即使研究人员正在研究疫苗，也需要一种有效的抗病毒药物来减少重症病例和死亡人数。这就是结构生物学可以提供帮助的地方。

为了理解复杂的病毒复制机制，结构生物学家关注一个关键成分:病毒聚合酶。在被感染的细胞中，这种酶复制病毒的遗传信息。然后，基因组副本被打包成新的病毒粒子，这些病毒粒子逃离细胞，可以感染新的宿主。确定聚合酶的结构有助于研究人员了解病毒是如何复制的，让他们对如何设计阻止感染的药物有了重要的了解。

格勒诺布尔大学EMBL的负责人斯蒂芬·库萨克(Stephen Cusack)将他的小组的研究重点放在几种人类致病病毒的聚合酶上，尤其是流感病毒。由于流感病毒和拉沙病毒来自同一家族——都是分段负链RNA病毒——Cusack的小组几年前开始与汉堡Bernhard Nocht热带医学研究所(BNITM)的Maria Rosenthal和Stephan Günther合作研究拉沙病毒。

“史蒂芬·库萨克站在流感研究的前沿，在布尼亚病毒和沙粒病毒方面也走在这一领域的前列，”BNITM病毒学部门的负责人Günther说。“我们认为这是很好的协同效应，因为他已经有很多技术知识，我们可以转移到拉沙聚合酶。”

拉沙聚合酶具有使其结构确定过程复杂化的特性，这是BNITM结构生物学家、研究组组长Rosenthal几年来一直试图获得的。“在对其他系统进行了长时间的测试后，我去格勒诺布尔大学测试了Imre Berger(格勒诺布尔大学的校友)开发的系统，该系统被库萨克集团应用于流感。我们得到了很好的蛋白质表达，”罗森塔尔说。

聚合酶还有一个特殊的结构，它有一个核心和灵活的外部组件。“我们称拉沙病毒聚合酶为‘章鱼’，因为它就像有手臂漂浮在周围，这使得它很难在一个位置被抓住，”库萨克小组的博士后Tomas Kouba说。

大分子晶体学——结构生物学中常用的一种成像技术——不能用于观察拉沙聚合酶，因为蛋白质移动太大，无法捕捉到所有的臂。低温电子显微镜(cryo-EM)提供了解决方案，因为它可以捕捉蛋白质在不同功能状态下的快照。

库萨克解释说:“我们将Kouba和Joanna Wandzik(一名前EMBL博士生)开发的用于观察流感聚合酶作用的技术应用于拉沙。”我们使用了格勒诺布尔和汉堡大学结构系统生物学中心(CSSB)的低温em设备。”

有前途的结构

格勒诺布尔大学的研究人员、BNITM大学的研究人员和CSSB的Kay Grünewald实验室的研究人员合作，最近在《自然通讯》杂志上发表了一篇论文。它详细描述了不同功能配置下拉沙病毒聚合酶的九种结构。

“当你观察这只‘章鱼’时，你也想看看它的行为，它是如何移动手臂吃东西或抓东西的，”该论文的三位主要作者之一Kouba解释说。

“低温em技术的威力在于，你可以拍摄数百万张蛋白质的照片。然后你可以把它们分成几个盒子:一个盒子抬起一只手，另一个盒子放下一只手，”罗森塔尔补充道。“最终，你可以获得不同位置的章鱼腕足的更高分辨率图像，这样你就可以对它们进行建模。”

这些研究为了解拉沙病毒提供了关键的见解。拉沙病毒只有四种不同的病毒蛋白质，与其他病毒相比非常少，如疱疹病毒或SARS-CoV-2病毒有几十种成分。蛋白质通过承担多种功能弥补了它们的小数量，就像瑞士军刀一样。例如，研究人员可以观察聚合酶的活性，并提出如何阻止病毒复制。

一个健康准备

该合作还探讨了世卫组织优先清单上的其他分节负链RNA病毒。这包括引起某些虫媒病毒性疾病的病原体，这些疾病的地理传播可能受到气候变化的影响。

这些病毒以前主要分布在热带地区，现在正在扩大它们的范围。蜱传播的克里米亚-刚果出血热病毒(已蔓延到南欧)或蚊子传播的裂谷热(预计将传播)已经出现这种情况。

尽管这些病毒在许多方面存在显著差异，但它们的聚合酶是密切相关的，确定它们之间的相似性有助于开发一种广谱抗病毒药物来对付所有这些病毒。

罗森塔尔说:“结构生物学对于理解我们实际上在看什么很重要。”“如果你都不知道你在和谁打，你怎么能赢呢?”如果我们知道这些病毒是如何工作的，那么我们就有更多的想法来对付它们。”