武漢病毒所：鄧增欽團隊非洲豬瘟病毒藥物靶點研究新進展

　　近日，中國科學院武漢病毒研究所抗病毒研究中心鄧增欽團隊在非洲豬瘟病毒拓撲異構酶的結構解析和催化機制研究中取得進展。相關研究成果以Cryo-EM structures of African swine fever virus topoisomerase為題，發表在mBio上。

　　DNA復制、重組和染色體分離等重要生物過程中均導致DNA纏繞即DNA拓撲結構問題。若這一問題得不到解決，將會造成基因組的不穩定，從而降低細胞的生存能力。DNA拓撲異構酶廣泛存在于古菌、原核生物、真核生物和一些核質大DNA病毒中。其中，Ⅱ型拓撲異構酶可在DNA上產生雙鏈切口，松弛DNA超螺旋，進而解決DNA的拓撲結構問題。拓撲異構酶功能的重要性，使其成為多種抗腫瘤化療藥物和抗菌藥物的有效靶標。目前，科學家對拓撲異構酶的認知主要來自對真核生物以及細菌來源的拓撲異構酶的研究，而對于病毒編碼的拓撲異構酶的結構和作用機制知之甚少。

　　非洲豬瘟病毒（ASFV）是高傳染性的雙鏈DNA病毒，可導致非洲豬瘟，感染后發病率和病死率高，目前尚無針對該病毒感染安全有效的商用疫苗和治療藥物。非洲豬瘟病毒編碼的Ⅱ型拓撲異構酶P1192R在不同ASFV毒株中高度保守，且在病毒基因組復制過程中起著關鍵作用，是潛在的抗非洲豬瘟病毒藥物靶標。

　　該團隊解析了兩種不同功能狀態下的P1192R冷凍電鏡結構（圖1）。盡管P1192R和已報道的其他真核和原核生物II型拓撲異構酶的氨基酸序列同源性較低，但其整體的三維結構具有較高的相似性，即均形成同源二聚體，且每個單體主要由三個功能區域組成，分別是位于N末端的ATPase結構域、中間區的DNA切割核心區以及C末端的Coiled-coil結構域。研究解析的兩種不同狀態下的P1192R結構的主要差異來源于C末端的Coiled-coil結構域，其分別處于關閉和打開兩種構象。這是首次在無DNA底物的情況下發現該區域呈現兩種不同的狀態，暗示Ⅱ型拓撲異構酶的Coiled-coil結構域可自發地打開或關閉。

　　雖然ASFV P1192R相對于其他II型拓撲異構酶整體結構相似，但P1192R具有一些獨特的結構特征（圖2），包括活性位點兩對保守的離子鍵和一對疏水相互作用、TOPRIM結構域中一段柔性的loop（Region 1）、Tower結構域中一段額外插入的α-螺旋（Region 2）以及Coiled-coli結構域中的“別針樣”結構（Region 3）。體外生化實驗表明：P1192R中參與活性位點相互作用的氨基酸突變和Region 1的缺失，均會顯著降低P1192R的拓撲異構酶活性；Region 2的缺失很可能影響P1192R的結構完整性，導致蛋白折疊異常；而Region 3關鍵疏水氨基酸的突變則會降低P1192R在反應初始階段的效率。上述研究表明，P1192R的特異性結構對于其拓撲異構酶活性的維持或結構完整性頗為重要。綜上，該研究提升了科學家對病毒拓撲異構酶的結構和功能的理解，為靶向病毒拓撲異構酶的抗非洲豬瘟藥物的研發提供了重要依據。

　　研究工作得到武漢市和中國科學院的支持。

圖1.ASFV P1192R兩種不同功能狀態下的冷凍電鏡結構

圖2.ASFV P1192R的特異性結構及其對酶活力的重要性