近日，中國科學院微生物研究所高福團隊在Nature Communications上在線發(fā)表論文，題為Assembly and breakage of head-to-head double hexamer reveals mpox virus E5-catalyzed DNA unwinding initiation。該研究系統(tǒng)解析了猴痘病毒引物解旋酶E5啟動病毒基因組復制的分子機制，揭示其在DNA雙鏈解旋過程中的構象動態(tài)和功能協(xié)同作用，豐富了對大型DNA病毒復制起始機制的認知。該研究不僅為研發(fā)靶向復制起始階段的抗病毒藥物提供了詳細的靶點信息，更為全面解析猴痘等大型DNA病毒的基因組復制機制奠定基礎。

DNA復制作為生命活動的核心過程，其復制起始機制一直是生命科學領域關鍵的科學問題。盡管真核和原核系統(tǒng)的復制機制已得到較為系統(tǒng)的研究，但DNA病毒尤其是大型病毒的復制起始機制仍缺乏清晰解析。

為此，研究團隊以猴痘病毒編碼的引物解旋酶E5為研究對象，采用冷凍電鏡技術，系統(tǒng)捕捉并解析了E5在介導DNA解旋過程中多個功能狀態(tài)下的三維結構。結果顯示，當存在dsDNA時，兩個E5六聚體通過引物酶結構域形成"頭對頭"雙六聚體，共同包裹DNA形成帶正電荷的通道（圖1）。這種柔性互作構象可能誘導內(nèi)部dsDNA發(fā)生扭轉(zhuǎn)，從而為解旋啟動提供內(nèi)在動力。

圖1.?E5蛋白雙六聚體的組裝構象與解聚

進一步研究發(fā)現(xiàn)，ATP結合可誘導E5引物酶結構域構象重排，導致雙六聚體解聚，引物酶轉(zhuǎn)變?yōu)閟sDNA加載構象。此后，ATP水解驅(qū)動解旋酶亞基周期性變構，推動E5沿ssDNA以獨特的"非經(jīng)典伴隨轉(zhuǎn)位"方式轉(zhuǎn)位。此外，團隊還發(fā)現(xiàn)E5解旋酶結構域在引物合成中與引物酶結構域協(xié)同工作，為理解病毒進化中保留多功能融合酶提供理論依據(jù)。

綜上，本研究通過對E5完整催化周期的結構捕捉，系統(tǒng)性地重建了猴痘病毒復制起始過程中“dsDNA加載—dsDNA啟動解旋—ssDNA轉(zhuǎn)位”的分子路徑（圖2），為大型DNA病毒復制機制提供了可視化結構模型，為后續(xù)開展病毒復制調(diào)控與靶向抑制等研究奠定了堅實基礎。

圖2.?E5蛋白介導的猴痘病毒基因組復制起始機制示意圖

北京大學未來技術學院王寒副研究員和中國科學院微生物研究所高福院士、廣州國家實驗室施一研究員為論文的共同通訊作者。河南農(nóng)業(yè)大學博士研究生程英顯、劉瑞麗，微生物所特別研究助理韓普和彭齊副研究員為論文的共同第一作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和北京大學學科建設經(jīng)費的資金支持。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-60539-1

本期編輯：小黃