高福等团队合作最新PNAS！

猴痘病毒（MPXV）是一种正痘病毒，于2022年引发全球疫情。痘病毒DNA聚合酶复合物负责病毒基因组的复制与完整性；然而，DNA复制保真度的分子机制尚不清楚。

2025年3月4日，中国科学院微生物研究所高福及施一共同通讯在PNAS（IF=9.4）在线发表题为“Structural basis of DNA replication fidelity of the Mpox virus”的研究论文。该研究确定了处于编辑状态的MPXV F8–A22–E4聚合酶全酶与错配引物–模板DNA以及含有尿嘧啶脱氧核苷酸的DNA复合物的冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构。

研究结果显示，MPXV聚合酶具有与其他物种B家族DNA聚合酶类似的复制-编辑转换机制，以校对错配核苷酸。独特的持续性辅助因子A22–E4在不同工作状态下发生构象变化，并可能影响校对过程。此外，我们阐明了E4作为尿嘧啶DNA糖基化酶的碱基切除修复（BER）功能，以及痘病毒特有的基因组复制与BER的偶联机制。我们的发现极大地提升了我们对正痘病毒DNA复制保真度的分子理解，并将促进广谱抗病毒药物的开发。

猴痘病毒（MPXV）属于痘病毒科正痘病毒属，是导致一种名为猴痘的人畜共患疾病的病原体。2022年7月，世界卫生组织（WHO）将猴痘列为国际关注的突发公共卫生事件（PHEIC）。由于全球病例持续减少，PHEIC状态于2023年5月结束。MPXV可分为两个遗传分支，即分支I和分支II。分支I的MPXV与较高的死亡率相关，高达10%，而分支II的死亡率较低，低于1%。2022年爆发的MPXV菌株被指定为分支IIb，因其序列与分支II相似且死亡率低。2024年，由于一种新型MPXV菌株（分支Ib）在非洲许多国家，特别是在刚果民主共和国（DRC）传播，世卫组织再次宣布猴痘为国际关注的突发公共卫生事件。此次猴痘疫情导致超过15600例病例和537人死亡。尽管该病毒通常对免疫功能正常的人引起轻微症状，但如果传播到免疫功能低下的人群、儿童、老年人、孕妇以及患有基础疾病（如艾滋病和糖尿病）的人群，则可能导致重病或死亡。

MPXV DNA聚合酶全酶复制能力与修复的耦合机制（图片源自PNAS）

系统发育基因组学特征和序列分析揭示了近期MPXV疫情中微进化的证据，以及由于持续的微进化而可能对人类宿主的适应性。与SARS相关冠状病毒一样，人类中的持续传播将在未来促成不同的血清型。人们认为，MPXV的进化是病毒DNA复制蛋白和宿主蛋白（如APOBEC3）共同作用的结果。MPXV在原子水平上维持DNA复制保真度的分子机制将为理解MPXV进化提供理论基础，并促进抗病毒药物和其他对策的发展，这是本研究的目的。

作为B族DNA聚合酶的成员，MPXV DNA聚合酶F8同时具有5′-to-3′DNA聚合活性和3′-to-5′校对核酸外切酶活性。最近，我们和其他一些团队已经确定了MPXV F8-A22-E4全酶复合物在载脂蛋白和复制状态下的结构，并表明MPXV F8聚合酶具有规范的结构特征，可保证DNA合成过程中的构象/化学选择和校对。这表明复制型MPXV聚合酶的错误率（定义为错误dNTPs与正确dNTPs掺入效率的比率）与其他DNA聚合酶类似，可能低至~10−7至10−8。然而，将活性修复蛋白尿嘧啶DNA糖基化酶（UDG）E4作为MPXV聚合酶全酶的重要组成部分，是痘病毒复制机制的一个独特特征，这一特征之前在痘苗病毒（VACV）中有过研究，并进一步降低了痘病毒复制的错误率。然而，痘病毒DNA复制保真度的分子机制仍然难以捉摸。复制和碱基切除修复（BER）的校对过程和偶联机制需要在原子水平上进行研究，以揭示痘病毒的独特特征。

https://doi.org/10.1073/pnas.2411686122