『Cover Story』Ning Gao/Ning Li dell'Università di Pechino rivela intuizioni strutturali sull'assemblaggio e sul meccanismo del complesso della DNA polimerasi MPXV!

Volume 83, numero 23 7, dicembre 2023

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

Processo di progettazione della copertina

La copertina di questo numero di Cellula molecolare è l'articolo"Approfondimenti strutturali sull'assemblaggio e sul meccanismo del complesso F8-A22-E4-H5 della DNA polimerasi del virus mpox"di Il professor Ning Gao E Ricercatore associato Ningning Li da Università di Pechino.

Dallo scoppio dell’epidemia nel maggio 2022, il virus del vaiolo delle scimmie si è diffuso rapidamente in tutto il mondo, rappresentando una seria minaccia per la salute umana. Il virus del vaiolo delle scimmie dell’epidemia appartiene a un virus a DNA a doppio filamento, di grandi dimensioni, avvolto, del genere Orthopoxvirus della famiglia Poxviridae. Oltre a questo, la famiglia comprende anche due membri ben noti, il virus vaccinia e il virus variola. Bersagli importanti per l'azione dei farmaci anti-ortopoxvirus sono i meccanismi di replicazione del DNA, in particolare la DNA polimerasi. La risoluzione delle strutture ad alta risoluzione è essenziale per lo sviluppo di farmaci e vaccini contro il vaiolo.

Mentre la maggior parte dei virus a DNA replicano il proprio genoma nel nucleo della cellula ospite, la replicazione del genoma dei poxvirus avviene nel citoplasma dell'ospite. I fattori proteici chiave richiesti per la replicazione del virus del vaiolo delle scimmie sono codificati principalmente dal suo genoma, tra cui la DNA polimerasi F8 (dal nome del sistema del virus del vaiolo delle scimmie), la DNA elicasi/primasi E5, l'uracile-DNA glicosilasi (UDG) E4, l'eterodimero A22, che insieme a E4 forma, tra gli altri, il fattore di persistenza della replicazione della polimerasi (fattore di processività) e la proteina fosforilata multifunzionale H5.

F8 è la subunità catalitica centrale del complesso della DNA polimerasi, ma può sintetizzare solo piccoli frammenti di prodotti inferiori a 10 basi. Il dimero A22-E4 forma un complesso ternario stabile con F8, che migliora la persistenza della replicazione della polimerasi, e quindi il ternario complesso è anche considerato l'oloenzima della DNA polimerasi del poxvirus. Inoltre, UDG E4 riconosce ed elimina le mutazioni a base singola dell'uracile nel DNA e avvia il percorso di riparazione del DNA. Tuttavia, il meccanismo mediante il quale l'UDG è integrato nell'oloenzima della polimerasi come fattore essenziale e il meccanismo di accoppiamento tra i due processi di sintesi del DNA e ricerca/escissione della base uracile rimangono poco chiari. Nel frattempo, H5 ha dimostrato di essere una proteina multifunzionale e un fattore essenziale per la replicazione del DNA del poxvirus, ma il ruolo specifico del suo meccanismo molecolare nel processo di replicazione del DNA rimane completamente sconosciuto.

In questo studio, il meccanismo molecolare della persistenza della polimerasi potenziata dal tetramero H5 è stato rivelato da esperimenti sulla struttura e sulla funzione F8-A22-E4-H5 ad alta risoluzione, che hanno dimostrato che E4 ha un'attività catalitica di escissione della base nel complesso della polimerasi. Studi precedenti hanno dimostrato che la polimerasi del poxvirus non possiede attività sintetica di transdanneggiamento, il che implica che il sito privo di basi creato da E4 dopo l'escissione della base U sul modello di DNA a filamento singolo richiede ulteriore riparazione. Altrimenti, ciò influenzerebbe la sintesi del DNA mediata da F8 nel complesso quaternario, il che implica che il replicone virale intatto può includere anche fattori aggiuntivi del percorso di riparazione dell'escissione della base.

Nel complesso, questo lavoro, insieme agli studi correlati recentemente pubblicati da altri team, fornisce importanti informazioni strutturali e funzionali sull’esclusivo meccanismo molecolare di replicazione del DNA dei poxvirus. Questi risultati contribuiscono a una comprensione più profonda del ciclo di vita e della strategia di replicazione dei poxvirus e forniscono nuovi obiettivi per lo sviluppo di farmaci antivirali.