非洲猪瘟病毒转录调控的分子机制

非洲猪瘟（ASF）是由非洲猪瘟病毒（ASFV）引起的一种急性、高度传染性和致死性的传染病。尽管 ASFV 主要感染单核细胞-巨噬细胞对，但对宿主细胞内感染和复制的分子机制的理解仍有限。兰州大学动物医学与生物安全学院/中国农业科学院兰州兽医研究所联合中国科学院生物物理研究所在国际学术期刊《Nature Communications》发表的“Structural basis of RNA polymerase complexes in African swine fever virus”揭示了非洲猪瘟病毒（ASFV）RNA聚合酶（RNAP）复合体及其与转录泡结合的三维结构，为理解ASFV的转录周期及疫苗和药物研发提供了新思路。

ASFV RNAP 复合体的纯化

利用亲和标签和蔗糖密度梯度离心纯化了感染状态下的内源ASFV RNAP。根据进化树分析，ASFV RNAP 属于与其他结构已知 RNAP 不同的进化分支。此外，RNAP 两个大亚基的序列在各种类型的 ASFV 株系中高度保守。生化结果表明，该样品具有体外延长能力，并且作为活性催化 RNA 聚合酶发挥作用。

图1 非洲猪瘟 RNAP 的序列保守性和纯化过程^[1]

ASFV RNAP 核心复合体及 M1249L C-尾部占据复合体结构

冷冻电子显微镜单颗粒分析RNAP 天然构象。所有五个结构中，明确识别出了 ASFV RNAP 的八个核心亚基，并且它们相应的 AlphaFold2 预测模型能够自信地拟合到密度图中。经过手动调整和自动精修后，这些八个核心亚基中的大多数侧链与密度图表现出很好的一致。

图2 ASFV RNAP M1249L C-尾部占据 MCOC1 的结构及其与已知 RNAP 的比较^[1]

ASFV RNAP 保守的核心和特定的外围

为了研究 ASFV RNAP 各亚基的功能作用，通过与 H. sapiens Pol II 和 VACV RNAP 的比较分析。尽管多亚基 RNAP 的核心部分高度保守，但 ASFV RNAP 的外围和活性中心存在显著差异，包括额外的一个亚基 M1249L 以及核心亚基中的几个延伸区域。其结构类似于一个“笼子”，将核心亚基包裹在里面，与核心亚基形成了广泛的相互作用，稳定ASFV RNAP的整体结构。

图3 M1249L 结构域与核心亚基之间的相互作用示意图^[1]

ASFV RNAP 延长复合体的结构

为了更深入地了解 RNAP 识别和转录底物的分子机制，我们设计了一个 DNA-RNA 支架。总体而言，ASFV EC 与 MCOC1 非常相似，除了缺少 M1249L 亚基。

图4  ASFV RNAP 延长复合体（EC）的结构^[1]

M1249L C-尾占据 RNAP 的核酸结合位点

在 EC 结构中，DNA-RNA 杂链结合到活性中心。值得注意的是，在 MCOC1 结构中插入 RNAP 活性中心的 vRPB6 N-尾（残基 9-27），在 EC 结构中并未显现。M1249L 的 C-尾和 vRPB6 的 N-尾被发现深入活性中心，可能调节核酸结合和转录过程。这表明 M1249L C-尾的位移可能是转录活性所必需的。

图5 与 MCOC1 结构相比，核酸取代了 EC 结构中的 M1249L C-尾^[1]

结论

研究揭示了 ASFV RNAP 的各种构象，确认了多亚基 RNAP 保守的分子机制，并阐明了 ASFV RNAP 的特定特征。M1249L 与 RNAP 的动态结合模式表明，M1249L 调节 RNAP 活性存在复杂的调控机制。这些结果为 ASFV 转录周期的机制分析以及抗病毒药物设计提供了基础，这对于发现预防 ASF 疾病传播的策略至关重要。

参考文献：

[1] Zhu G, Xi F, Zeng W, et al. Structural basis of RNA polymerase complexes in African swine fever virus. Nat Commun. 2025;16(1):501.