非洲猪瘟是由非洲猪瘟病毒（ASFV）引起的一种猪的烈性传染病，致死率高达100%，对全球畜牧业构成了巨大威胁。ASFV基因组中约20%的基因编码与mRNA转录和修饰相关的蛋白，这种独特的转录机制使ASFV能够在宿主细胞内独立进行基因表达的精确调控。由于缺乏天然的RNA聚合酶复合物机器的结构学信息，ASFV转录的具体生物过程、组装和调控机制一直尚未清楚。
2024年11月20日，《Nature Communications》杂志在线发表了题为"Transcription regulation of African swine fever virus: dual role of M1249L"的研究论文。来自中国农业科学院哈尔滨兽医研究所和中国科学院生物物理研究所的科研人员从ASFV感染的猪巨噬细胞中成功分离并解析了病毒RNA聚合酶（vRNAP）的高分辨率冷冻电镜结构，包括聚合酶与内源DNA的复合体结构，以及聚合酶与病毒蛋白M1249L的复合体结构。通过与其他物种聚合酶复合物的结构比较和功能分析，研究人员发现M1249L不仅参与病毒衣壳的组装，还参与了vRNAP的构成和转录调控。这些发现为深入理解非洲猪瘟的致病机制提供了新的视角，并为制定有效的预防和控制策略奠定了科学基础。
ASFV是已知的唯一大DNA虫媒病毒，与牛痘病毒（VACV）一同被归类为核胞质大DNA病毒（NCLDV）。NCLDVs编码的vRNAP在功能和特异性上与真核生物相似，使它们能在细胞质中进行转录。生物信息学分析显示，ASFV同样编码8个RNA聚合酶亚基以及与真核生物同源的转录因子。然而，由于ASFV的高致病性，关于其基因转录和转录加工酶在病毒组装过程中的实验数据十分有限。本研究利用天然提取的方法，获得了感染状态下ASFV vRNAP的天然构象，并发现了参与病毒转录复合体形成的多功能蛋白M1249L。通过荧光素酶报告系统验证了M1249L的功能，发现其能显著增加vRNAP活性并具有剂量依赖性。此外，研究人员还从冷冻电镜样品数据中，重构出M1249L与vRNAP结合的多种状态，揭示了其在感染过程中的丰富动态性。
图：非洲猪瘟病毒天然RNA聚合酶与M1249L蛋白复合物的冷冻电镜结构ASFV编码与宿主同源的转录因子，表明ASFV具有独立于宿主的转录系统，使其能在不同宿主（家猪、疣猪等）和中间宿主（软蜱虫）中存活。研究团队在病毒感染后不同时间节点获得的vRNAP中均未发现其他转录因子的结合，推断M1249L可能作为感染早期的临时转录因子，参与病毒基因启动子的结合和转录。在此过程中，M1249L的不同结构域在一定程度上发挥了多个转录因子的作用。基于结构的研究分析还表明，M1249L的C末端结构域很可能是vRNAP激活/失活状态的转换开关。结合ASFV vRNAP和M1249L蛋白复合物的结构解析和动力学分析，研究团队提出了在病毒整个生命周期中控制病毒基因转录的动态催化调节机制模型。这些研究结果不仅揭示了天然状态下ASFV vRNAP的结构特征，还发现了M1249L蛋白在病毒组装与转录中的双重功能，为未来ASFV的控制和治疗提供了新思路。
图：非洲猪瘟病毒生命周期中的基因转录调控模型赵东明研究员、王男副研究员、冯孝莹博士研究生和张振江博士后为文章的第一作者，王祥喜研究员、陈瑜涛副研究员、步志高研究员、饶子和院士为文章的通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、中科院项目、国家自然科学基金项目、农科院项目等资助。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54461-1
