版納病毒為上世紀(jì)我國科學(xué)家在云南地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)并命名，是光滑型呼腸孤病毒科（Sedoreoviridae）東南亞十二節(jié)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(jié)構(gòu)蛋白往往能夠形成具有正二十面體對(duì)稱性的多層蛋白質(zhì)衣殼，衣殼內(nèi)部為致密排布的分節(jié)段雙鏈RNA基因組以及用于轉(zhuǎn)錄的RNA聚合酶（RNA dependent RNA polymerase，RdRp）。在入侵細(xì)胞后，為避免雙鏈基因組被宿主免疫系統(tǒng)識(shí)別，病毒衣殼不會(huì)完全解離，而是以病毒核心的形態(tài)進(jìn)行病毒蛋白mRNA的轉(zhuǎn)錄。獨(dú)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(xué)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(xué)術(shù)期刊Nature Communications上發(fā)表了題為“版納病毒在多種狀態(tài)下的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)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(qū)的蚊蟲樣本中分離獲得僅感染蚊細(xì)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(gòu)技術(shù)獲得病毒五次軸頂點(diǎn)分辨率為2.6埃的電子密度圖。解析VP1（RdRp），VP2（內(nèi)衣殼蛋白）、VP4（穿膜蛋白）、VP8（外衣殼主要蛋白）、VP9（受體識(shí)別蛋白）、VP10（膠水蛋白）的原子分辨率結(jié)構(gòu)（圖1）。在所有結(jié)構(gòu)蛋白中，VP10具有獨(dú)特屬性，與內(nèi)衣殼、外衣殼和刺突分別發(fā)生直接相互作用而穩(wěn)定整個(gè)病毒粒子。此外，病毒單個(gè)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(xì)胞方面，可能具有一些獨(dú)特的分子機(jī)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(biāo)示病毒衣殼的五、三、二重對(duì)稱軸。（c）完整病毒顆粒單個(gè)不對(duì)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(gòu)象發(fā)生顯著變化。當(dāng)病毒暴露于堿性緩沖液時(shí)會(huì)導(dǎo)致病毒表面刺突脫落，形成具有轉(zhuǎn)錄活性的病毒核心，該過程伴隨著病毒五次軸頂點(diǎn)向外側(cè)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(huì)脫落，靠近衣殼五次軸中心的VP4變構(gòu)為長度約為16 nm的“針刺”狀結(jié)構(gòu)，可能是病毒穿膜過程中的一種中間態(tài)（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(fù)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(jié)果，圖中堿性顆粒樣品缺失了VP4和VP9。（c）完整（灰色）、部分（藍(lán)色）和核心（粉色）顆粒五次軸區(qū)域模型疊印結(jié)果。（d）SDS-PAGE結(jié)果表明酸性緩沖液處理病毒后，VP9會(huì)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(gòu)成“針刺”狀結(jié)構(gòu)。

武漢病毒所博士畢業(yè)生李志強(qiáng)、青年研究員夏菡和冷凍電鏡研究平臺(tái)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(xué)院基礎(chǔ)與交叉前沿科研先導(dǎo)專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院青促會(huì)等項(xiàng)目的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46624-x