繼2008年8月在《自然》雜志上發表禽流感病毒RNA論文之后,*生物物理研究所研究員劉迎芳領導的課題組和饒子和院士領導的南開大學、清華大學和生物物理所聯合實驗室,在前期工作的基礎上,進一步解析了該RNA聚合酶PA亞基剩余的氨基端(PAN)的高分辨率晶體結構,從而基本完成了對流感病毒聚合酶PA亞基的結構生物學研究工作。他們的研究結果清晰地揭示了PA蛋白具有核酸內切酶功能。這一結果推翻了以往報道的PB1亞基在聚合酶復合體中行使此項功能的推論。2月4日,《自然》再次在線發表了他們的合作研究成果,并專門配發了新聞,介紹了這一重要研究成果。
據介紹,禽感病毒是含有8個RNA基因組片段的負鏈RNA病毒,已知可以編碼11種病毒蛋白質。其中,PB1、PB2和PA等3個蛋白質亞基組成流感病毒重要的生命機器:流感病毒RNA聚合酶。在禽流感病毒的復制和感染的過程中,流感病毒聚合酶發揮了至關重要的作用,它負責行使病毒基因組RNA的復制以及病毒mRNA轉錄等多方面功能。其中,PB2蛋白負責捕捉宿主細胞的mRNA分子用于自身mRNA轉錄,PB1含有聚合酶活性中心,是行使病毒NA的合成功能的催化亞基,而PA在該復合體的功能一直沒有明確。研究流感病毒聚合酶的結構,不僅僅對揭示流感病毒聚合酶的作用機制具有重要的科學意義,還將對臨床上 藥物的研發提供清晰的分子模型。但是,由于在研究這一復合體中存在種種困難,這一復合體或者其組成的亞基的結構一直沒有被揭示。
劉迎芳和饒子和抓住這一問題不放,終于逐步系統地解析了H5N1毒株RNA聚合酶復合體PA亞基的基本結構。通過對該結構的分析,他們推測,該蛋白有可能是一個具有新型結構的核酸內切酶。據此,他們進一步開展了一系列的體內和體外的分子生物學、生物化學實驗分析,其結果充分證實了他們根據結構分析所作出的推測是正確的。該內切核酸酶活性將使聚合酶復合體捕獲的宿主細胞mRNA,被流感病毒聚合酶內切酶切割,以用于病毒mRNA轉錄。這一活性的缺失,將造成病毒不能在細胞內轉錄mRNA。這一結論清晰地揭示了PA參與病毒轉錄功能的一個重要分子機制,同時還證明了禽流感病毒RNA聚合酶中所具有的核酸內切酶功能是在PA亞基上,而不是在以往人們報道的PB1亞基上。這一研究結果不僅揭示了PA的功能機制,而且還為相關藥物研發提供了一個新的原子水平的精細結構平臺。
據中科院生命科學與生物技術局相關人士介紹,目前,除了國內禽流感疫情外,由于禽鳥遷徙等原因,我國周邊國家的禽流感疫情也不容忽視。印尼是目前世界上禽流感疫情zui嚴重的國家,截至2008年底,該國共發生人感染禽流感病例139例,其中113人死亡;越南僅次于印尼,截至2008年底,共有107個病例,其中52人死亡。此外,印度、孟加拉、越南也陸續暴發疫情。盡管由于各國加強監督及加速撲殺可能染病的家禽,在亞洲,至今已有高達5億只家禽死于禽流感或為控制疫情而被撲殺,H5N1致命病例過去兩年連續減少,家禽暴發疫情的國家近年也減少了,但是禽流感的威脅始終揮之不去。自2003年暴發疫情后,H5N1一直保持在“zui低程度的散發,多次卻驟然爆發”狀態。
劉迎芳說,在此項研究工作中,英國牛津大學的Ervin Fodor博士及Tao Deng博士、新加坡國立大學Ruowen Ge博士等亦參與了部分研究工作,美國APS同步輻射中心教授張榮光在數據收集中也提供了幫助。此外,中國農科院陳化蘭、于康鎮教授提供了病毒基因。