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RNA病毒的轉錄和復制過程由自身編碼的以RNA為模板的RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase，RdRP）來主導完成，可合成數千至數萬核苷酸長度的RNA片段。該轉錄復制過程可分為引發（initiation）、延伸（elongation）和終止（termination）三個主要階段，其中引發階段主要實現從特定位點啟動合成，當產物鏈長度達到8-10核苷酸后合成進入快速穩定的延伸階段，直至遇到終止調控信號或到達模板末端而終止合成。和其他類別的核酸聚合酶類似，病毒RdRP的引發機制可分為依賴引物型（primer-dependent）和從頭合成型（de novo）兩大類，前者以小RNA病毒和冠狀病毒為代表，后者以黃病毒和囊狀病毒為代表，正黏病毒和布尼亞病毒則在其轉錄和復制過程中分別使用這兩種引發機制。研究發現，可從頭合成的病毒RdRP通常在其拇指（thumb）結構域包含一個稱為“引發元件”（priming element，PE；在部分體系中也稱為priming loop）的亞結構。有證據顯示PE可通過與RNA模板及引發NTP的相互作用來幫助實現高效且精準的引發，但當RdRP轉換至延伸狀態時，PE須退出活性中心，“讓位”給模板-產物雙鏈RNA，但自1999年PE在丙型肝炎病毒（HCV）體系中被發現以來，這一構象變化長期未被揭示。近期，武漢病毒所（2022年12月，PMID：36577062）和日本理化學研究所（2023年7月，PMID：37478848）先后報道了不同形式的登革病毒（DENV）RdRP延伸復合物結構，初步解開了這一謎題：DENV的PE在引發-延伸轉換過程中經歷了重折疊（refolding）并在延伸階段與模板-產物雙鏈建立了新的相互作用；武漢病毒所的研究工作還進一步揭示這組相互作用提升了延伸復合物的穩定性。以上證據表明，PE在引發和延伸這兩個階段能以不同的折疊方式發揮兩種不同的功能，但這一“雙功能”現象是否在RNA病毒中具有普適性，還需要更多的證據支持。
2025年4月18日，中國科學院武漢病毒研究所龔鵬/吳繼芹團隊和曹晟團隊密切合作，在Science Advances雜志上發表題為“An?evolutionarily unique viral RdRP suggests a common dual-function feature of the priming element”（《一種進化上獨特的病毒RdRP提示引發元件具有普適性雙功能特征》）的文章，報道了進化地位介于雙鏈和正鏈RNA之間的煙曲霉菌多節段真菌病毒1型(Aspergillus funmigatus polymycovirus-1，AfuPmV-1)RdRP無底物結合狀態的冷凍電鏡結構（分辨率3.0埃）和晶體結構（分辨率3.4埃）以及延伸復合物的晶體結構（分辨率2.3埃）。這組結構清晰地展示了該病毒的PE雖然與DENV的PE大小和形態有較大差異，但同樣在重新折疊后以非特異性方式與延伸階段的雙鏈RNA互作并提升復合物穩定性（圖1）。通過對已有的實驗測定結構的分析并結合結構預測，合作團隊提出PE的雙功能現象很可能在整個RNA類群中具有普適性（圖2）。本研究解析的系列結構首次揭示了多節段真菌病毒科（Polymycoviridae）RdRP的結構特征，研究團隊利用多種酶學方法對AfuPmV-1 RdRP的引發及延伸過程進行了系統性表征，發現該RdRP的引發速率明顯快于DENV RdRP，且其從模板末端從頭合成的嚴謹性亦低于后者，這些特性使其具備開發成普適性RNA復制和擴增工具酶的潛力。
編碼RdRP的基因是除少數衛星病毒外RNA病毒唯一共有的基因，因此RdRP是發展廣譜抗病毒藥物的理想體系。本研究所揭示的機制在多個科屬的RNA病毒中都可能具有普適性，PE在引發、延伸及兩者間的轉換階段的變構及所涉及的蛋白-蛋白、蛋白-核酸相互作用與變化可為發展新干預策略提供重要參考。武漢病毒所龔鵬研究員、曹晟研究員、吳繼芹青年研究員為本文共同通訊作者。武漢病毒所博士后莢恒霞和博士研究生劉順禮為本文共同第一作者。本研究得到國家重點研發計劃、中國科學院先導專項項目、國家自然科學基金等項目的支持，所解析的冷凍電鏡結構得到了武漢病毒所冷凍電鏡平臺的支持，所解析的晶體結構相關的X射線衍射數據于上海光源BL02U1（原BL17U1）線站收集。
論文鏈接：https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.adv9640
圖1. DENV2型（DENV2）和AfuPmV-1的PE變構模式圖。DENV2和AfuPmV-1的PE均在RdRP合成四核苷酸產物后發生特征性構象變化，但復合物穩定性表征數據提示后者的變構過程很可能為漸進式。
圖2. PE的雙功能機制在RNA病毒中很可能具有普適性。左側為代表性的雙鏈（上）、正鏈（中）和負鏈（下）RNA病毒的PE在RdRP處于非延伸狀態時的構象；右側為RdRP延伸復合物中觀測到的PE構象。PHI6：噬菌體phi6；CSFV：經典豬瘟病毒；VSV：水皰性口炎病毒；LACV：拉克羅斯病毒；IAV：甲型流感病毒。