尼帕病毒聚合酶复合物的冷冻电镜结构揭示副粘病毒中L和P蛋白之间高度多样的相互作用

Cryo-EM structures of Nipah virus polymerase complex reveal highly varied interactions between L and P proteins among paramyxoviruses.

作者信息Lu Xue, Tiancai Chang, Jiacheng Gui, Zimu Li, Heyu Zhao, Binqian Zou, Junnan Lu, Mei Li, Xin Wen, Shenghua Gao, Peng Zhan, Lijun Rong, Liqiang Feng, Peng Gong, Jun He, Xinwen Chen, Xiaoli Xiong
PMID39964914
发布时间2025-08-07
DOI10.1093/procel/pwaf014

实验完整度

包含冷冻电镜结构解析、基于迷你复制子的功能验证、突变分析及western blot验证,涉及体外蛋白表达纯化与细胞实验,证据层级完整。

主要模型

BSR-T7/5细胞 Sf9昆虫细胞

重点核对

NiV L-P复合物共表达系统(Sf9昆虫细胞,Bac-to-Bac表达系统) 迷你复制子系统(BSR-T7/5细胞,转染NiV mini-genome及L、P、NP质粒) 锌结合位点突变(C1236A/C1239A,C1428A/C1429A)对聚合酶活性的影响 L-P界面突变(如R600A,L642A/F644A/Q651A等)对聚合酶活性的影响 cryo-EM结构解析(分辨率2.3 Å和2.5 Å)

摘要

尼帕病毒(NiV)及相关病毒在副粘病毒科中形成一个独特的亨尼帕病毒属。随着人与蝙蝠接触的增加,NiV持续外溢至人类,引起致命疫情。NiV编码大蛋白(L)和磷蛋白(P)形成病毒RNA聚合酶机器。它们的序列与非亨尼帕病毒副粘病毒的同源性有限。我们报道了尼帕病毒(NiV)聚合酶L-P复合物的两个冷冻电镜(cryo-EM)结构,该复合物以全长或截短形式表达和纯化。这些结构解析了L蛋白的RNA依赖性RNA聚合酶(RdRp)和聚核糖核苷酸转移酶(PRNTase)结构域,以及结合在L-RdRp结构域上的四聚体P蛋白束。L蛋白C端区域未解析,表明其具有柔性。两个PRNTase结构域锌结合位点在大多数单股负链RNA病毒中保守,被证实对NiV聚合酶活性至关重要。这些结构进一步揭示了P蛋白束和P蛋白X结构域(XD)连接子在L上的锚定,其相互作用模式在副粘病毒科中独特。这些相互作用促进了P蛋白XD连接子结合在核苷酸进入通道中,以及其他XD连接子的不同定位。我们证明破坏L–P相互作用会降低NiV聚合酶活性。所报道的结构应有助于合理的抗病毒药物发现,并为NiV聚合酶的功能研究提供指导。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
尼帕病毒聚合酶复合物的结构特征及其L和P蛋白之间的相互作用模式如何?
核心机制
NiV L蛋白的PRNTase结构域含有两个保守的锌结合位点,对聚合酶活性至关重要;P蛋白四聚体通过多个界面锚定在L蛋白RdRp结构域上,独特的L-P相互作用模式(尤其是P1XD连接子在NTP进入通道上方的稳定结合)对聚合酶功能至关重要。
主要证据
cryo-EM结构解析了NiV L-P复合物(分辨率2.3 Å和2.5 Å),揭示了L蛋白RdRp和PRNTase结构域以及P蛋白四聚体的结合模式;迷你复制子实验证明锌结合位点突变和L-P界面突变均降低聚合酶活性;western blot验证了突变体对蛋白表达的影响。
研究意义
该结构为基于结构的抗病毒药物发现提供基础,并有助于理解副粘病毒聚合酶的功能机制。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

蛋白表达与纯化

获得NiV L-P复合物用于结构研究

在Sf9昆虫细胞中共表达NiV L(全长或截短)和P蛋白,通过Strep-Tactin和anti-FLAG亲和纯化及Superose 6凝胶过滤获得复合物。

2

冷冻电镜结构解析

解析NiV L-P复合物的三维结构并分析L-P相互作用

对纯化的NiV L1-1451-P和L-P复合物进行冷冻电镜数据采集和处理,通过cryoSPARC和RELION进行图像处理,构建原子模型并分析相互作用界面。

3

锌结合位点功能验证

验证PRNTase结构域锌结合位点对聚合酶活性的必要性

对锌结合位点进行丙氨酸突变,通过迷你复制子实验检测聚合酶活性,并通过western blot检测蛋白表达。

4

L-P界面突变功能验证

考察L-P相互作用对聚合酶活性的影响

对L-P界面关键残基进行丙氨酸突变,通过迷你复制子实验和western blot评估突变对聚合酶活性和蛋白表达的影响。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
杜氏改良Eagle培养基Gibco--
胎牛血清----
青霉素/链霉素Gibco--
G418MedChemExpressHY-17561
SF-900 II无血清培养基Gibco--
PreScission蛋白酶----
Strep-Tactin树脂Cytiva29401324
d-脱硫生物素Sigma-AldrichD1411
抗FLAG磁珠GenScriptL00432
FLAG肽GenScriptRP10586CN
Superose 6 increase 10/300 GL凝胶过滤柱GE HealthCare29091596
蛋白酶抑制剂(cOmplete,无EDTA)Roche4693132001
海肾荧光素酶检测试剂PromegaE2820
GloMax 96微孔板发光检测仪Promega--
蛋白上样缓冲液(5x)SolarbioP1040
小鼠抗HA单克隆抗体Sino Biological100028-MM10
兔多克隆血清(抗NiV P肽段)GenScript--
SuperSignal West Pico PLUS化学发光底物试剂盒Thermo Scientific34580
抗β-肌动蛋白抗体Sino Biological100166-MM10
ANTcryo R1.2/1.3 金网300目----
Titan Krios电子显微镜Thermo Fisher--
Falcon4直接电子探测器Thermo Fisher--
SelectrisX能滤器----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养
BSR-T7/5细胞培养条件(DMEM+10% FBS+1%双抗+1 mg/mL G418,37°C,5% CO2);Sf9细胞培养条件(SF-900 II SFM)
阅读提示:Methods: Cells
蛋白表达与纯化
NiV L和P基因构建(pFast-DUAL载体,polH和p10启动子);共表达宿主(Sf9);纯化流程(Strep-Tactin、anti-FLAG、Superose 6);各步骤缓冲液成分
阅读提示:Methods: Protein expression and purification
冷冻电镜
样品浓度(0.85 mg/mL)、缓冲液成分;网格类型、制备条件(glow-discharge, Vitrobot blotting);数据采集参数(显微镜、检测器、像素尺寸、总剂量)
阅读提示:Methods: Cryo-EM sample preparation and data collection
迷你复制子实验
转染细胞系(BSR-T7/5)、质粒用量(mini-genome 2 μg,L 1 μg,P 0.5 μg,NP 1 μg)、转染时间(48小时)、检测方法(Gaussia荧光素酶)
阅读提示:Methods: NiV minigenome assay
突变功能验证
突变位点(锌结合位点:C1236A/C1239A,C1428A/C1429A;L-P界面:R600A,L642A/F644A/Q651A等);蛋白表达检测(western blot抗体稀释度:抗HA 1:2000,抗P 1:2500,抗β-actin 1:2500)
阅读提示:Methods: NiV minigenome assay and Western blot