iScience |南方科技大学鄢仁鸿团队联合华南农业大学亓文宝团队揭示非洲猪瘟病毒DNA聚合酶的复制机制

北京时间12月19日，南方科技大学鄢仁鸿课题组联合华南农业大学亓文宝团队，在非洲猪瘟病毒（ASFV）研究领域取得重要进展。相关研究成果以Structural basis for DNA replication by the African Swine Fever Virus polymerase为题，于同日在线发表于Cell子刊

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非洲猪瘟是由ASFV引起的猪烈性传染病，具有高致死率，自2018年传入我国以来，已造成巨大经济损失，严重威胁全球养猪业安全。由于ASFV基因组庞大复杂，编码蛋白众多，且缺乏有效抗病毒药物和商业化疫苗，其防控一直是全球兽医领域的重大难题。病毒DNA聚合酶作为基因组复制的核心“引擎”，是抗病毒药物开发的关键靶点，但ASFV的DNA聚合酶的复制机制此前尚未被完全解析。

研究团队通过基因编辑技术构建系列Pol β突变体病毒，发现无论是完全敲除Pol β基因，还是截短其关键结构域，均会显著抑制ASFV的正常增殖。免疫荧光实验进一步证实，Pol β在感染细胞中特异性定位于病毒复制工厂，与病毒DNA精准共定位，直接参与基因组合成过程，明确了其作为病毒复制关键蛋白的重要地位。为阐明Pol β的工作机制，团队利用高分辨率冷冻电镜技术，成功解析了Pol β截短体（Pol β-ΔC）的三种关键构象结构——两种apo态（分辨率2.92 Å、2.93 Å）和一种dsDNA结合的活性态（分辨率2.53 Å）。结构分析显示，Pol β包含N端结构域、核酸外切酶域(Exo)及聚合酶核心域（Palm、Finger、Thumb）。其Thumb结构域在apo态中呈现“开放-闭合”动态变化，而结合dsDNA后会发生显著构象翻转，与Finger结构域协同包裹DNA底物，形成活性催化中心 (图1)。

图1 冷冻电镜解析的非洲猪瘟病毒DNA聚合酶apo状态与DNA结合状态的结构

此外，该研究首次发现，Pol β结合DNA后可形成四聚体复合物，通过结构分析鉴定出R875、E877、Q878等关键寡聚化相互作用位点。当这些位点突变后，Pol β的四聚体形成能力丧失，其DNA延伸活性下降超过80%，表明这种寡聚化状态是其发挥催化活性的必要条件（图2）。

图2 寡聚化对非洲猪瘟病毒DNA聚合酶活性至关重要

该研究还通过结构比对发现，ASFV Pol β与猴痘病毒DNA聚合酶具有约23%的序列相似性，但在构象灵活性上存在显著差异——Pol β通过自身动态构象变化即可完成底物结合与催化调控，而猴痘病毒聚合酶则更依赖辅助蛋白组装复合物。分子对接分析进一步指出，核苷类似物CDVpp和Ara-CTP可能作为潜在的竞争性抑制剂，为后续药物设计提供了线索。此外，研究发现ASFV Pol β-ΔC的持续合成能力有限，在单轮复制中延伸引物通常少于38个核苷酸，这与其在病毒工厂内可能需要辅助蛋白（如PCNA）协作的高效复制模式形成对比，揭示了其独特的复制策略和可干预环节。

南方科技大学医学院鄢仁鸿副教授、华南农业大学黄丽红及亓文宝教授为该论文的共同通讯作者。南方科技大学博士生胡紫薇、华南农业大学博士生孙康永杰为本文共同第一作者。研究得到了国家自然科学基金、深圳医学研究基金、广东省重大基础研究项目等资助，并依托南方科技大学冷冻电镜中心完成。该研究系统阐释了ASFV DNA聚合酶的工作机制，为抗非洲猪瘟药物的理性设计提供了全新的靶点与结构模板，有望推动非洲猪瘟防控从“被动扑杀”向“主动干预”转变，具有重要的科学价值与应用前景。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004225024162

文章转载 自鄢仁鸿课题组