生命學(xué)院方顯楊課題組與軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院秦成峰課題組合作在黃病毒屬長鏈非編碼亞基因組RNA的溶液結(jié)構(gòu)研究中取得新進展
2019年9月10日，生命學(xué)院方顯楊課題組和軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院微生物流行病研究所秦成峰課題組合作，在EMBO Reports發(fā)表了題為“黃病毒屬長鏈非編碼亞基因組RNA在溶液中具有伸展的三維結(jié)構(gòu)并具有柔性”(Long non-coding subgenomic flavivirus RNAs have extended 3D structures and are flexible in solution)的研究論文。該論文首次詳細報道了來源于黃病毒屬2型登革病毒、寨卡病毒和西尼羅病毒的長鏈非編碼亞基因組RNA的溶液結(jié)構(gòu)。
長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）是長度超過200核苷酸的非編碼RNA，在生物體內(nèi)發(fā)揮多種重要的功能，是當(dāng)前生命科學(xué)研究的前沿?zé)狳c。和其宿主一樣，幾乎所有病毒都能編碼長鏈非編碼RNA。許多蚊媒黃病毒，例如登革病毒、寨卡病毒和西尼羅病毒等是對人類健康構(gòu)成重大威脅的病原體，在其感染的宿主細胞中，會發(fā)生大量長鏈非編碼亞基因組RNA（sfRNA）的積聚，這些RNA在病毒的致病性以及對宿主的免疫逃逸中發(fā)揮重要作用。
開展長鏈非編碼RNA的結(jié)構(gòu)-功能研究具有重要意義，但目前對其三維空間結(jié)構(gòu)的研究缺乏有效手段，因而長鏈非編碼RNA的三維空間結(jié)構(gòu)信息還非常少。來源于蚊媒黃病毒的長鏈非編碼亞基因組RNA的長度在400到500個核苷酸之間，應(yīng)用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)方法，例如X射線晶體學(xué)、核磁共振或冷凍電鏡對其進行結(jié)構(gòu)研究非常困難。方顯楊課題組的研究團隊及其合作者，結(jié)合小角X射線散射技術(shù)及計算模擬，采用分步解決的方案，研究了來源于2型登革病毒、寨卡病毒和西尼羅病毒的長鏈非編碼亞基因組RNA的溶液結(jié)構(gòu)及其柔性。研究發(fā)現(xiàn)，黃病毒長非編碼亞基因組RNA具有多個亞結(jié)構(gòu)域，其在溶液中具有伸展的三維空間結(jié)構(gòu)，具有類似于多結(jié)構(gòu)域蛋白的模塊化結(jié)構(gòu)特征并存在較大的柔性。特別有意思的是，基于小角X射線散射數(shù)據(jù)的登革病毒、寨卡病毒和西尼羅病毒sfRNA的串聯(lián)啞鈴型結(jié)構(gòu)域的三維空間形狀結(jié)構(gòu)顯著不同，推測是其串聯(lián)假結(jié)(pseudoknot)的拓撲結(jié)構(gòu)差異造成的，這一推斷被進一步的計算模擬，體外生化和體內(nèi)細胞實驗證實。該研究是對長鏈非編碼RNA三維結(jié)構(gòu)研究的積極探索，論文的研究成果不僅為理解sfRNA的生理功能提供了重要結(jié)構(gòu)信息，還表明基于小角X射線散射和計算模擬的整合結(jié)構(gòu)生物學(xué)方法是對其它長鏈非編碼RNA溶液三維結(jié)構(gòu)研究的可行方法。
清華大學(xué)生命學(xué)院方顯楊研究員和軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院微生物流行病研究所秦成峰研究員為本文的共同通訊作者，清華大學(xué)生命學(xué)院2013級直博生張玉鵬，2016級普博生張一堪，微生物流行病研究所劉忠鈺博士（現(xiàn)任中山大學(xué)醫(yī)學(xué)院副教授），微生物流行病研究所碩士研究生程夢麗為本文共同第一作者。
該工作獲得了科技部重點研發(fā)計劃、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心、北京結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心的經(jīng)費支持。美國阿貢國家實驗室先進光源12-ID-B線站和上海光源BL19U2線站為小角X射線散射數(shù)據(jù)的收集提供了支持。
文章鏈接：
https://doi.org/10.15252/embr.201847016
圖1 通過SAXS和計算模擬研究黃病毒sfRNA溶液結(jié)構(gòu)的流程示意圖。
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