『Titelgeschichte』Ning Gao/Ning Li von der Peking-Universität enthüllt strukturelle Einblicke in den Aufbau und Mechanismus des MPXV-DNA-Polymerase-Komplexes!

Band 83, Ausgabe 23, 7. Dezember 2023

Xiaohan Wang¹ ，Liangwen Ma^1,2 ，Ningning Li,^1,2,*，Ning Gao^1,2,3,4,*

Cover-Design-Prozess

Das Cover dieser Ausgabe von Molekulare Zelle ist der Artikel“Strukturelle Einblicke in den Aufbau und Mechanismus des Mpox-Virus-DNA-Polymerasekomplexes F8-A22-E4-H5"von Professor Ning Gao Und Assoziierter Forscher Ningning Li aus Peking-Universität.

Seit dem Ausbruch im Mai 2022 hat sich das Affenpockenvirus weltweit rasant verbreitet und stellt eine ernsthafte Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar. Das Affenpockenvirus des Ausbruchs gehört zu einem großen, umhüllten, doppelsträngigen DNA-Virus der Gattung Orthopoxvirus der Familie Poxviridae. Darüber hinaus gehören zur Familie zwei bekannte Mitglieder, das Vacciniavirus und das Variolavirus. Wichtige Ziele für die Wirkung von Anti-Orthopoxvirus-Medikamenten sind die DNA-Replikationsmaschinerie, insbesondere die DNA-Polymerase. Die Auflösung hochauflösender Strukturen ist für die Entwicklung von Medikamenten und Impfstoffen gegen Affenpocken von entscheidender Bedeutung.

Während die meisten DNA-Viren ihr Genom im Zellkern der Wirtszelle replizieren, erfolgt die Genomreplikation von Pockenviren im Zytoplasma des Wirts. Schlüsselproteinfaktoren, die für die Replikation des Affenpockenvirus erforderlich sind, werden hauptsächlich durch sein Genom kodiert, einschließlich DNA-Polymerase F8 (benannt nach dem Affenpockenvirussystem), DNA-Helikasen/Primase E5, Uracil-DNA-Glykosylase (UDG) E4 und Heterodimer A22, die zusammen mit E4 bildet unter anderem den Polymerase-Replikations-Persistenzfaktor (Prozessivitätsfaktor) und das multifunktionale phosphorylierte Protein H5.

F8 ist die zentrale katalytische Untereinheit des DNA-Polymerase-Komplexes, kann aber nur kleine Fragmentprodukte mit weniger als 10 Basen synthetisieren. Das A22-E4-Dimer bildet mit F8 einen stabilen ternären Komplex, der die Beständigkeit der Polymerase-Replikation und damit die ternäre Replikation erhöht Der Komplex gilt auch als Holoenzym der pockenviralen DNA-Polymerase. Darüber hinaus erkennt und entfernt UDG E4 Mutationen einzelner Uracil-Basen in der DNA und initiiert den DNA-Reparaturweg. Der Mechanismus, durch den UDG als wesentlicher Faktor in das Polymerase-Holoenzym integriert wird, und der Kopplungsmechanismus zwischen den beiden Prozessen der DNA-Synthese und der Suche/Exzision der Uracil-Base bleiben jedoch unklar. Inzwischen wurde gezeigt, dass H5 ein multifunktionales Protein und ein wesentlicher Faktor für die DNA-Replikation von Pockenviren ist, die spezifische Rolle seines molekularen Mechanismus im DNA-Replikationsprozess bleibt jedoch völlig unbekannt.

In dieser Studie wurde der molekulare Mechanismus der H5-Tetramer-verstärkten Polymerasepersistenz durch hochauflösende F8-A22-E4-H5-Struktur- und Funktionsexperimente aufgedeckt, die zeigten, dass E4 eine katalytische Basenexzisionsaktivität im Polymerasekomplex aufweist. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Pockenvirus-Polymerase keine transschädigende Syntheseaktivität besitzt, was bedeutet, dass die von E4 nach dem Herausschneiden der U-Base auf der einzelsträngigen DNA-Matrize geschaffene basenfreie Stelle einer weiteren Reparatur bedarf. Andernfalls würde dies die durch F8 im Quartärkomplex vermittelte DNA-Synthese beeinträchtigen, was bedeutet, dass das intakte Virusreplikon möglicherweise auch zusätzliche Faktoren des Basenexzisionsreparaturwegs enthält.

Insgesamt liefert diese Arbeit zusammen mit verwandten Studien, die kürzlich von anderen Teams veröffentlicht wurden, wichtige strukturelle und funktionelle Informationen über den einzigartigen molekularen Mechanismus der DNA-Replikation von Pockenviren. Diese Erkenntnisse tragen zu einem tieferen Verständnis des Lebenszyklus und der Replikationsstrategie von Pockenviren bei und liefern neue Angriffspunkte für die Entwicklung antiviraler Medikamente.