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生命科学学院方显杨课题组与合作者在黄病毒属长链非编码亚基因组RNA的溶液结构研究中取得新进展

2019/09/10

2019年9月10日,清华大学生命科学学院、结构生物学高精尖创新中心方显杨课题组和军事医学科学院微生物流行病研究所秦成峰课题组合作在EMBO Reports发表了题为“黄病毒属长链非编码亚基因组RNA在溶液中具有伸展的三维结构并具有柔性”(Long non-coding subgenomic flavivirus RNAs have extended 3D structures and are flexible in solution)的研究论文。该论文首次详细报道了来源于黄病毒属2型登革病毒、寨卡病毒和西尼罗病毒的长链非编码亚基因组RNA的溶液结构。长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是长度超过200核苷酸的非编码RNA,在生物体内发挥多种重要的功能,是当前生命科学研究的前沿热点。和其宿主一样,几乎所有病毒都能编码长链非编码RNA。许多蚊媒黄病毒,例如登革病毒、寨卡病毒和西尼罗病毒等是对人类健康构成重大威胁的病原体,在其感染的宿主细胞中,会发生大量长链非编码亚基因组RNA(sfRNA)的积聚,这些RNA在病毒的致病性以及对宿主的免疫逃逸中发挥重要作用。


开展长链非编码RNA的结构-功能研究具有重要意义,但目前对其三维空间结构的研究缺乏有效手段,因而长链非编码RNA的三维空间结构信息还非常少。来源于蚊媒黄病毒的长链非编码亚基因组RNA的长度在400到500个核苷酸之间,应用传统的结构生物学方法,例如X射线晶体学、核磁共振或冷冻电镜对其进行结构研究非常困难。方显杨课题组的研究团队及其合作者,结合小角X射线散射技术及计算模拟,采用分步解决的方案,研究了来源于2型登革病毒、寨卡病毒和西尼罗病毒的长链非编码亚基因组RNA的溶液结构及其柔性。研究发现,黄病毒长非编码亚基因组RNA具有多个亚结构域,其在溶液中具有伸展的三维空间结构,具有类似于多结构域蛋白的模块化结构特征并存在较大的柔性。特别有意思的是,基于小角X射线散射数据的登革病毒、寨卡病毒和西尼罗病毒sfRNA的串联哑铃型结构域的三维空间形状结构显著不同,推测是其串联假结(pseudoknot)的拓扑结构差异造成的,这一推断被进一步的计算模拟,体外生化和体内细胞实验证实。该研究是对长链非编码RNA三维结构研究的积极探索,论文的研究成果不仅为理解sfRNA的生理功能提供了重要结构信息,还表明基于小角X射线散射和计算模拟的整合结构生物学方法是对其它长链非编码RNA溶液三维结构研究的可行方法。

图1 通过SAXS和计算模拟研究黄病毒sfRNA溶液结构的流程示意图。

清华大学生命科学学院、结构生物学高精尖创新中心PI方显杨博士和军事医学科学院微生物流行病研究所秦成峰研究员为本文的共同通讯作者,清华大学生命学院2013级直博生张玉鹏,2016级普博生张一堪,微生物流行病研究所刘忠钰博士(现任中山大学医学院副教授),微生物流行病研究所硕士研究生程梦丽为本文共同第一作者。


该工作获得了科技部重点研发计划、清华-北大生命科学联合中心、北京结构生物学高精尖创新中心及青年千人计划的经费支持。美国阿贡国家实验室先进光源12-ID-B线站和上海光源BL19U2线站为小角X射线散射数据的收集提供了支持。


文章链接:

https://doi.org/10.15252/embr.201847016




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