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在真核細胞中，信使RNA加帽現象較為普遍，帽子結構對維持RNA的穩定性以及促進蛋白質翻譯至關重要。一些RNA病毒的基因組也具有帽子結構，由于多數RNA病毒在細胞質中復制，而宿主的加帽體系存在于細胞核中，因此某些病毒需要編碼加帽酶，擁有自身的加帽體系。如登革病毒、乙型腦炎病毒等黃病毒編碼的NS3和NS5蛋白都參與病毒基因組的加帽過程（圖1A）。與宿主加帽過程類似，黃病毒加帽涉及鳥苷酰轉移反應，該反應可將鳥苷三磷酸（GTP）中的鳥苷單磷酸（GMP）模塊連接到RNA的5'-端。研究表明該反應過程中可形成GMP-蛋白質共價中間體，即GMP先與特定的氨基酸殘基的側鏈形成共價鍵，進而被轉移到RNA末端形成GpppRNA。在黃病毒相關研究中，有證據顯示NS5可與GMP形成共價中間體，但具體的氨基酸殘基未能得到確證。
中國科學院武漢病毒研究所龔鵬研究員團隊長期從事RNA病毒聚合酶的催化與調控機制研究，黃病毒NS5蛋白是加帽酶和聚合酶的融合蛋白，其N端結構域兼具甲基轉移酶（methyltransferase，MTase）和鳥苷酰轉移酶（guanylyltransferase，GTase）功能。近期該團隊解析了蜱傳黃病毒鄂木斯克出血熱病毒（Omsk hemorrhagic fever virus，OHFV）NS5加帽酶的系列高分辨率晶體結構（圖1B，分辨率1.4-2.1埃），成功捕獲了GMP和m7GMP（鳥苷N7位甲基化的GMP）與NS5第28位精氨酸（Arg28）形成的共價中間體（圖1C；圖1D下方結構）。部分黃病毒NS5該位點為賴氨酸（Lys），提示GMP-Arg和GMP-Lys共價中間體均可能存在（圖1C），而m7GMP-Arg結構則提示帽子鳥苷N7甲基化也有可能發生在鳥苷酰轉移反應之前，這些結構證據為深入理解黃病毒加帽機制提供了重要參考。此外，單磷酸核苷和精氨酸形成的共價分子此前在轉移酶和連接酶中均未被觀測到。與其他氨基酸相比，精氨酸形成的這類共價分子有何獨特之處，共價分子的形成過程及后續反應的特征等均尚待進一步研究。
相關論文近期在線發表于Journal of Virology上，此項研究受到科技部、國家自然科學基金委員會、中國科學院武漢國家生物安全實驗室、湖北江夏實驗室等的經費支持。武漢病毒所博士生莢恒霞為論文第一作者，武漢病毒所碩士生鐘堯和中國科學院蛋白質科學研究中心彭超研究員為共同作者，龔鵬研究員為通訊作者。
論文鏈接為：https://journals.asm.org/doi/10.1128/jvi.00418-22
圖1. 黃病毒加帽過程中可形成GMP-精氨酸共價中間體。A) 黃病毒RNA的加帽過程示意圖。B) OHFV NS5 N端結構域的晶體結構。C) 基于結構的12種黃病毒GTP/帽子相互作用模塊的部分序列比對。D) GTP/GMP-Arg28共價中間體和m7GTP/m7GMP-Arg28共價中間體結構。其中GTP/GMP、m7GTP/ m7GMP、Arg28的2Fo-Fc電子密度（經3500 K拼合模擬退火處理，0.8σ水平）同時顯示。