Science advances | 武汉大学董长江/张郑宇课题组于猴痘病毒复制机制领域再次取得突破

　　

2024年8月21日，武汉大学董长江/张郑宇课题组在国际期刊《Science advances》发表题为“Essential and multifunctional mpox virus E5 helicase-primase in double and single hexamer”的研究论文。

猴痘是由猴痘病毒(mpox)感染引起的人畜共患病毒性疾病。2024年8月14日，由于新的猴痘病毒突变株（Ib型）的出现，对儿童与女性致病性和传染性更强，世界卫生组织再次宣布猴痘疫情构成“国际关注的突发公共卫生事件”。目前还没有针对猴痘病毒的疫苗和药物。与同为正痘病毒属的天花病毒类似，猴痘病毒需在宿主细胞中形成复制工厂，以便在细胞中高效合成病毒DNA。阻止猴痘病毒的DNA复制成为研制针对猴痘病毒药物的有效靶点。

猴痘病毒是一种双链DNA包膜病毒，属于痘病毒科的正病毒属，其基因组约含197kb，可编码180余种蛋白。其中猴痘病毒E5蛋白是一种耦合了引物酶和解旋酶功能的蛋白，简称为引物解旋酶E5，是猴痘病毒DNA复制的关键酶。E5含有785个氨基酸，可分为5个结构域，分别为引物酶结构域、锌结合结构域、collar结构域、解旋酶结构域和C端结构域（图1A）。该研究团队解析了引物解旋酶E5的结构，首次在痘病毒中报道了解旋酶的双-六聚体形式（图1B），鉴定了与双链DNA结合的关键氨基酸Arg249、Lys286、Lys315和Lys317。

图1 猴痘病毒E5蛋白结构。A) E5蛋白结构域示意图；B）E5蛋白的双-六聚体形式的Cryo-EM结构；C）E5蛋白双-六聚体的冷冻电镜2D分类。

该研究团队首先通过生化实验证明了E5蛋白可以耦合病毒DNA复制的解旋酶和引物酶功能。为了更进一步阐明猴痘E5蛋白的工作机制，研究解析了猴痘病毒E5蛋白七种不同的构型，揭示了双链DNA在猴痘E5蛋白的作用下和ATP的驱动下解旋成单链DNA的过程。研究也提出了双-六聚体可能是解旋起始状态，提出双-六聚体猴痘E5蛋白转变为六聚体的可能过程（图1C）。最终本研究基于一系列成果提出了猴痘病毒引物解旋酶E5的可能工作机制（图2），为后续针对性的抗猴痘病毒药物研发提供了一些思路。

图2 猴痘病毒E5引物解旋酶可能的工作机制

博士生许芸霞、吴亚琪、张园园、高凯婷为第一作者，武汉大学药学院教授董长江和张郑宇为通讯作者，武汉大学公共服务平台冷冻电镜机组高级工程师李丹阳在数据收集工作中提供了重要协助，武汉大学中南医院药学研究院甲状腺乳腺外科为第一通讯单位，该研究受到药学院组合生物合成与药物发现教育部重点实验室和病毒学国家重点实验室的支持。

这是武汉大学董长江/张郑宇课题组继猴痘病毒聚合全酶F8-A22-E4研究（Cryo-EM structures of human monkeypox viral replication complexes with and without DNA duplex），brincidofovir 和 cidofovir抗猴痘病毒的机理研究（Structural basis of human mpox viral DNA replication inhibition by brincidofovir and cidofovir）后在猴痘病毒领域又一成果。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl1150