近日，湖北工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與健康工程學(xué)院潘軍華教授團(tuán)隊(duì)在《Cell》在線發(fā)表了題為“Viral DNA polymerase structures reveal mechanisms of antiviral drug resistance”（病毒DNA聚合酶結(jié)構(gòu)揭示抗病毒藥物耐藥機(jī)制）的研究論文（原文鏈接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00842-0），為我校首次在三大頂刊之一的《Cell》上發(fā)表研究成果。潘軍華教授為共同第一作者，哈佛醫(yī)學(xué)院為第一通訊單位，湖北工業(yè)大學(xué)為第二通訊單位。

該研究利用冷凍電鏡（cryo-EM）技術(shù)發(fā)現(xiàn)了皰疹病毒聚合酶全酶復(fù)合物多種構(gòu)象并存的現(xiàn)象（圖1），并通過(guò)解析一系列高分辨率結(jié)構(gòu)及詳細(xì)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究與結(jié)構(gòu)-功能分析闡明了DNA聚合酶的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)影響藥物選擇性及抗藥性的分子機(jī)理以及該酶高效延續(xù)合成DNA的結(jié)構(gòu)生物學(xué)原理。

圖1皰疹病毒聚合酶全酶復(fù)合物的多種構(gòu)象

皰疹病毒的聚合酶是治療該病毒的主要藥物阿昔洛韋（Acyclovir）的三磷酸形式以及二線藥物膦甲酸鈉（Foscarnet）的靶標(biāo)。皰疹病毒聚合酶（UL30或Pol）催化亞基多個(gè)位點(diǎn)的堿基替換均能導(dǎo)致臨床上對(duì)這兩種藥物的抗性。但這些突變?nèi)绾螌?dǎo)致藥物抗性以及阿昔洛韋和膦甲酸鈉如何選擇性地對(duì)皰疹病毒的聚合酶產(chǎn)生響應(yīng)尚不明確。針對(duì)上述問(wèn)題，本研究利用cryo-EM技術(shù)解析了結(jié)合DNA的皰疹病毒聚合酶全酶復(fù)合物的高分辨率結(jié)構(gòu)（圖2），并揭示了該復(fù)合物的多種不同構(gòu)象。這些結(jié)構(gòu)闡明了催化亞基Pol和持續(xù)合成因子UL42如何結(jié)合DNA以促進(jìn)DNA持續(xù)合成的機(jī)理。本研究還發(fā)現(xiàn)在沒(méi)有引入核苷酸的情況下Pol在多種構(gòu)象中呈現(xiàn)指狀結(jié)構(gòu)域的閉合狀態(tài)。藥物結(jié)合結(jié)構(gòu)揭示了抗病毒藥物如何選擇性地結(jié)合更易采用閉合構(gòu)象的酶。分子動(dòng)力學(xué)模擬和耐藥突變體的cryo-EM結(jié)構(gòu)表明，一些耐藥突變體通過(guò)調(diào)節(jié)構(gòu)象動(dòng)力學(xué)影響藥物選擇性，這些研究闡明了皰疹病毒DNA聚合酶驅(qū)動(dòng)藥物選擇性的機(jī)制。

圖2結(jié)合DNA的皰疹病毒聚合酶全酶的結(jié)構(gòu)

本研究報(bào)道了在引入或缺失核苷酸的情況下皰疹病毒Pol-UL42異源二聚體結(jié)合DNA引物-模板的高分辨率結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的解析有助于闡明該病毒聚合酶持續(xù)進(jìn)行DNA合成的機(jī)制，并可作為模板幫助設(shè)計(jì)捕獲Pol不同構(gòu)象狀態(tài)的變構(gòu)抑制劑，從而對(duì)抗抗病毒藥物產(chǎn)生的新的耐藥性。

潘軍華教授為我校2023年從海外重點(diǎn)引進(jìn)的高層次人才，是結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物化學(xué)和病毒學(xué)專家。潘教授以第一作者或通訊作者在Nature、Science、Cell、PNAS、Structure、Biophysics J、J Struct Biol、J Virol和Virology等雜志發(fā)表論文十余篇，擁有專利一項(xiàng)，擔(dān)任Nature Communications、Communications Biology和Bioconjugate Chemistry等雜志審稿人。