非洲豬瘟是由非洲豬瘟病毒（ASFV）引起的一種豬的烈性傳染病，致死率高達(dá)100%，對全球畜牧業(yè)構(gòu)成了巨大威脅。ASFV基因組中約20%的基因編碼與mRNA轉(zhuǎn)錄和修飾相關(guān)的蛋白，這種獨特的轉(zhuǎn)錄機制使ASFV能夠在宿主細(xì)胞內(nèi)獨立進(jìn)行基因表達(dá)的精確調(diào)控。由于缺乏天然的RNA聚合酶復(fù)合物機器的結(jié)構(gòu)學(xué)信息，ASFV轉(zhuǎn)錄的具體生物過程、組裝和調(diào)控機制一直尚未清楚。2024年11月20日，《Nature Communications》雜志在線發(fā)表了題為" Transcription regulation of African swine fever virus: dual role of M1249L"的研究論文。來自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所和中國科學(xué)院生物物理研究所的科研人員從ASFV感染的豬巨噬細(xì)胞中成功分離并解析了病毒RNA聚合酶（vRNAP）的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，包括聚合酶與內(nèi)源DNA的復(fù)合體結(jié)構(gòu)，以及聚合酶與病毒蛋白M1249L的復(fù)合體結(jié)構(gòu)。通過與其他物種聚合酶復(fù)合物的結(jié)構(gòu)比較和功能分析，研究人員發(fā)現(xiàn)M1249L不僅參與病毒衣殼的組裝，還參與了vRNAP的構(gòu)成和轉(zhuǎn)錄調(diào)控。這些發(fā)現(xiàn)為深入理解非洲豬瘟的致病機制提供了新的視角，并為制定有效的預(yù)防和控制策略奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。
ASFV是已知的唯一大DNA蟲媒病毒，與牛痘病毒（VACV）一同被歸類為核胞質(zhì)大DNA病毒（NCLDV）。NCLDVs編碼的vRNAP在功能和特異性上與真核生物相似，使它們能在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。生物信息學(xué)分析顯示，ASFV同樣編碼8個RNA聚合酶亞基以及與真核生物同源的轉(zhuǎn)錄因子。然而，由于ASFV的高致病性，關(guān)于其基因轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄加工酶在病毒組裝過程中的實驗數(shù)據(jù)十分有限。本研究利用天然提取的方法，獲得了感染狀態(tài)下ASFV vRNAP的天然構(gòu)象，并發(fā)現(xiàn)了參與病毒轉(zhuǎn)錄復(fù)合體形成的多功能蛋白M1249L。通過熒光素酶報告系統(tǒng)驗證了M1249L的功能，發(fā)現(xiàn)其能顯著增加vRNAP活性并具有劑量依賴性。此外，研究人員還從冷凍電鏡樣品數(shù)據(jù)中，重構(gòu)出M1249L與vRNAP結(jié)合的多種狀態(tài)，揭示了其在感染過程中的豐富動態(tài)性。
ASFV編碼與宿主同源的轉(zhuǎn)錄因子，表明ASFV具有獨立于宿主的轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)，使其能在不同宿主（家豬、疣豬等）和中間宿主（軟蜱蟲）中存活。研究團(tuán)隊在病毒感染后不同時間節(jié)點獲得的vRNAP中均未發(fā)現(xiàn)其他轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，推斷M1249L可能作為感染早期的臨時轉(zhuǎn)錄因子，參與病毒基因啟動子的結(jié)合和轉(zhuǎn)錄。在此過程中，M1249L的不同結(jié)構(gòu)域在一定程度上發(fā)揮了多個轉(zhuǎn)錄因子的作用?；诮Y(jié)構(gòu)的研究分析還表明，M1249L的C末端結(jié)構(gòu)域很可能是vRNAP激活/失活狀態(tài)的轉(zhuǎn)換開關(guān)。結(jié)合ASFV vRNAP和M1249L蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)解析和動力學(xué)分析，研究團(tuán)隊提出了在病毒整個生命周期中控制病毒基因轉(zhuǎn)錄的動態(tài)催化調(diào)節(jié)機制模型。這些研究結(jié)果不僅揭示了天然狀態(tài)下ASFV vRNAP的結(jié)構(gòu)特征，還發(fā)現(xiàn)了M1249L蛋白在病毒組裝與轉(zhuǎn)錄中的雙重功能，為未來ASFV的控制和治療提供了新思路。趙東明研究員、王男副研究員、馮孝瑩博士研究生和張振江博士后為文章的第一作者，王祥喜研究員、陳瑜濤副研究員、步志高研究員、饒子和院士為文章的通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、中科院項目、國家自然科學(xué)基金項目、農(nóng)科院項目等資助。
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