rna病毒rna聚合酶探究进展

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1、RNA病毒RNA聚合酶探究进展【摘要】自然界仅有RNA病毒以RNA作为基因载体。依赖于RNA的RNA聚合酶（RdRp）在这种病毒的增殖复制期起到了非常重要的作用，它一方面以病毒RNA为模板复制子代病毒的基因，另一方面也将病毒增殖期间需要的蛋白质和酶类的基因转录成为mRNA，所以它担负了复制酶和转录酶双重功能。由于酶的结构复杂，稳定性差，在分子水平对它进行分析存在许多困难。人类和动物的许多严重疾病是由RNA病毒引起的，如人的SARS、流感、甲肝、丙肝、艾滋病、麻疹、出血热、脑炎、脊灰、某些肿瘤；动物的口蹄疫、猪瘟、鸡瘟等等

2、。RNA病毒不仅严重威胁人类健康，也给工农业生产带来巨大损失，因此加强RNA病毒研究不仅是开启生命起源神秘大门的钥匙，也是保护人类健康，促进农业生产和生物多样性研究与保护的重要途径。本文仅就RNA病毒的RNA聚合酶以及反向遗传学这两个方面的研究进展做一简单介绍。【关键词】RNA病毒；RNA聚合酶【中图分类号】R373【文献标识码】A【文章编号】1007-8517(2009)12-0025-0314地球上的原始生命形态是从RNA开始的。在RNA作为生命起源的进化历程中，RNA病毒起了不可替代的作用。自然界中RNA病毒的种类

3、和数量都堪称病毒之冠，其基因组转录复制的多样性也可谓病毒之首。所有的RNA病毒在病毒基因组的复制过程中都编码一个依赖RNA的RNA聚合酶。此酶与宿主的蛋白质（有时还需病毒的蛋白质）一起发挥催化功能[2，3]。在其序列保守性方面，绝大多数RNA聚合酶蛋白已经被阐明；然而关于这类酶的催化活性，到目前为止只有少数几种已从生化的角度得到研究阐述，这包括：Qβ复制酶亚单位II[4]，脊髓灰质炎病毒的3DPol蛋白[5～7]，丙型肝炎病毒NS5B蛋白[8～10]和烟草脉斑驳病毒(TVMV)的核内包涵体蛋白NIB[11]。Kamer和

4、Argos于1984年阐明了几种序列基元，它们在某些动物和植物的正链RNA病毒的RDRPs和脊髓灰质炎病毒的3D聚合酶中广泛存在。以后的研究在此基础之上又扩展至更广范围的病毒和更多的基序。到如今已经发现8个保守的RDRP基序[12，13]。现已知这8个保守基序中的4个存在于所有聚合酶的“掌部”结构域中的催化活性部位[14，15]。当前，对于脊髓灰质炎病毒的3D14Pol蛋白的研究日趋深入[14]。这项工作的目的是以脊髓灰质炎病毒的聚合酶的晶体结构做指导，利用计算机预测多种RDRPS的二级结构并对结构与功能的关系进行分析。

5、目前面临的问题有：其它病毒的RDRPS也具有与脊髓灰质炎病毒的聚合酶相同的结构吗？它们也具有脊髓灰质炎病毒的聚合酶所具有的独特区域吗？它们在一致序列的相似区域中也存在可以识别的掌部基序吗?RDRP的结构和功能的分析不可能完全游离于其他三种聚合酶之外，所以在此简要介绍一下依赖DNA的DNA聚合酶（DDDPs）、依赖DNA的RNA聚合酶（DDRPs）和逆转录酶（RT）的晶体学研究。第一个结构研究清楚的是EscherichiaColi的DNA聚合酶I的Klenow片段（KF），这是一个DDDP[15]。此酶的整体形状好象一只带

6、有手指、手掌和大拇指亚结构域的“右手”（图A）。在1992年报道了HIV-IRT的结构[16]。两种聚合酶的结构比较发现，尽管在这两种蛋白之间缺乏序列上的一致性，它们都具有“右手”形状的三级结构。这揭示相对于一级序列，酶的三级结构似乎更具保守性。KF和HIVRT的”手掌”亚结构域可以互相重叠，被认为是同源的[17]。两种酶的“大拇指”结构域大多数是α-螺旋，但是它们的二级结构的排列并不相同。HIVRT的“手指”亚结构域大部分由B-折叠组成，而KF的“手指”亚结构域大部分由α-螺旋组成[17]。而且，KF，T7RPO和HI

7、VRT中编码“手指”和“大拇指”亚结构域的基因序列的线性排列也互不相同（图2）。Sousa等人于1993年描述了T7RNA聚合酶(T7RPO)的晶体结构。此酶的“手指”、“手掌”和“大拇指”亚结构域均与KF极为相似。这提示KF和T714RPO中主要由α-螺旋构成的“手指”亚结构域是依赖DNA的聚合酶的一个特点；而HIVRT中主要由β-折叠构成的“手指”是那些既能以RNA又能以DNA为模板的聚合酶的一个特点[16,18]。接下来的关于聚合酶与DNA引物-模板共聚体的研究更增加了我们对于聚合酶的结构与功能的理解。迄今为止已经

8、获得了HIVRT的聚合酶共聚体的结构[19];许多DDDPs，包括E.Coli(KF;[20])，B.StearoThermoPhiluS[21]和T.AQuaticus(TAQ;22)的同种的PolI的共聚体结构;以及T7DNA聚合酶的共聚体结构[23]。这些研究使我们逐渐明了了聚合酶-模板之间发生的相互作用和催化