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版納病毒為上世紀我國科學家在云南地區首次發現并命名，是光滑型呼腸孤病毒科（Sedoreoviridae）東南亞十二節段RNA病毒屬（Seadornavirus）的代表毒種。呼腸孤病毒為無囊膜病毒，編碼的結構蛋白往往能夠形成具有正二十面體對稱性的多層蛋白質衣殼，衣殼內部為致密排布的分節段雙鏈RNA基因組以及用于轉錄的RNA聚合酶（RNA dependent RNA polymerase，RdRp）。在入侵細胞后，為避免雙鏈基因組被宿主免疫系統識別，病毒衣殼不會完全解離，而是以病毒核心的形態進行病毒蛋白mRNA的轉錄。獨特的生活周期使這類病毒成為研究無囊膜病毒入侵過程的模式病毒。
2024年3月13日，中國科學院武漢病毒研究所曹晟研究員和袁志明研究員課題組合作在國際學術期刊Nature Communications上發表了題為“版納病毒在多種狀態下的冷凍電鏡結構揭示病毒刺突分步解離過程”（Cryo-EM structures of Banna virus in multiple states reveal stepwise detachment of viral spikes）的研究論文。
研究人員從云南地區的蚊蟲樣本中分離獲得僅感染蚊細胞系的版納病毒毒株YN15-126-01，并完成其全基因組序列分析。通過冷凍電鏡單顆粒重構技術獲得病毒五次軸頂點分辨率為2.6埃的電子密度圖。解析VP1（RdRp），VP2（內衣殼蛋白）、VP4（穿膜蛋白）、VP8（外衣殼主要蛋白）、VP9（受體識別蛋白）、VP10（膠水蛋白）的原子分辨率結構（圖1）。在所有結構蛋白中，VP10具有獨特屬性，與內衣殼、外衣殼和刺突分別發生直接相互作用而穩定整個病毒粒子。此外，病毒單個刺突為VP4與VP9組成的異源六聚體，與其他光滑型呼腸孤病毒明顯不同，表明版納病毒在入侵細胞方面，可能具有一些獨特的分子機制。
圖1 版納病毒完整顆粒（a）和部分顆粒（b）的外表和中央切面，圖中紅色五邊形、三角形和橢圓分別標示病毒衣殼的五、三、二重對稱軸。（c）完整病毒顆粒單個不對稱單元的蛋白組成。
堿性或酸性條件處理病毒顆粒后，病毒的構象發生顯著變化。當病毒暴露于堿性緩沖液時會導致病毒表面刺突脫落，形成具有轉錄活性的病毒核心，該過程伴隨著病毒五次軸頂點向外側突出。在使用酸性溶液處理后，病毒表面的全部VP9和部分VP4會脫落，靠近衣殼五次軸中心的VP4變構為長度約為16 nm的“針刺”狀結構，可能是病毒穿膜過程中的一種中間態（圖2）。
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圖2 （a）版納病毒在中性（左圖）和堿性（右圖）條件下的負染電鏡圖像，比例尺為100 nm。（b）病毒顆粒（泳道1）和堿性處理后（泳道2）樣品的SDS-PAGE結果，圖中堿性顆粒樣品缺失了VP4和VP9。（c）完整（灰色）、部分（藍色）和核心（粉色）顆粒五次軸區域模型疊印結果。（d）SDS-PAGE結果表明酸性緩沖液處理病毒后，VP9會釋放到溶液中（泳道5）。（e）酸性溶液處理后的版納病毒模型，五次軸周圍的VP4三聚體變構成“針刺”狀結構。
武漢病毒所博士畢業生李志強、青年研究員夏菡和冷凍電鏡研究平臺工程師饒桂波為文章的共同第一作者。曹晟研究員、袁志明研究員為論文的共同通訊作者。該研究得到了中國科學院基礎與交叉前沿科研先導專項、國家重點研發計劃、中國科學院青促會等項目的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46624-x