美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊（Proceedings of the National Academy of Science, USA，PNAS）1月10日在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所朱平研究組程凌鵬副研究員等人的研究論文——《Atomic model of a cypovirus built from cryo-EM structure provides insight into the mechanism of mRNA capping》,。該研究由中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所生物大分子國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室朱平研究組和孫飛研究組,、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)孫京臣副教授和中山大學(xué)張景強(qiáng)教授等合作完成。生物物理研究所朱平研究組程凌鵬副研究員完成了冷凍電鏡成像和結(jié)構(gòu)解析等工作,，黃曉星助理研究員協(xié)助完成了病毒純化工作,，孫飛研究組研究生張凱協(xié)助完成了原子模型構(gòu)建工作，生物成像中心電子顯微鏡平臺(tái)高級(jí)工程師季剛博士提供了電鏡成像技術(shù)支持,。
中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所在中國(guó)科學(xué)院蛋白質(zhì)科學(xué)研究平臺(tái)二期建設(shè)當(dāng)中重點(diǎn)發(fā)展了生物大分子冷凍電鏡三維重構(gòu)研究平臺(tái),，已經(jīng)建成了具有世界先進(jìn)水平的生物成像技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，擁有目前最先進(jìn)的300千伏Titan Krios場(chǎng)發(fā)射冷凍透射電子顯微鏡,。該研究利用生物成像技術(shù)實(shí)驗(yàn)室2010年4月調(diào)試成功的冷凍電鏡平臺(tái),，用單顆粒圖像處理技術(shù)獲得了呼腸孤病毒科的質(zhì)型多角體病毒近原子分辨率的三維結(jié)構(gòu)（3.9埃），并獨(dú)立構(gòu)建了全原子模型,。這是我國(guó)首次利用冷凍電鏡技術(shù)解析的生物大分子原子結(jié)構(gòu)模型,，也是世界上首次利用冷凍電鏡的CCD圖像獲得的生物大分子復(fù)合體的全原子模型。該研究確認(rèn)了呼腸孤病毒mRNA的流出通道,，定位了呼腸孤病毒科質(zhì)型多角體病毒的兩個(gè)甲基轉(zhuǎn)移酶（7-N-methyltransferase 和 2’-O-methyltransferase）并揭示了該流出通道是如何引導(dǎo)mRNA依次經(jīng)過(guò)這兩個(gè)甲基轉(zhuǎn)移酶以完成“加帽”（Capping）過(guò)程的,。該發(fā)現(xiàn)對(duì)研究dsRNA病毒的mRNA加帽（Capping）機(jī)制有重要意義。
這項(xiàng)成果表明我國(guó)獨(dú)立開(kāi)展的生物大分子冷凍電鏡高分辨率研究工作達(dá)到了該領(lǐng)域的先進(jìn)水平,。該研究成果和2010年10月孫飛研究組以封面形式發(fā)表于Structure的分子伴侶素結(jié)構(gòu)等系列成果表明了中國(guó)科學(xué)院蛋白質(zhì)科學(xué)研究平臺(tái)生物成像技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的成功建立,，為進(jìn)一步開(kāi)展冷凍電子顯微前沿研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
Structure：二型分子伴侶晶體和電鏡結(jié)構(gòu)
本工作得到基金委國(guó)家自然科學(xué)基金,、科技部國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究973計(jì)劃,、以及中國(guó)科學(xué)院百人計(jì)劃等項(xiàng)目資助。（生物谷Bioon.com）
圖解：質(zhì)多角體病毒CPV的冷凍電鏡圖像（左上）和質(zhì)型多角體病毒衣殼三維重構(gòu)（中）,。重構(gòu)結(jié)果中彩色部分為組成該病毒的最基本的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)單元,。右圖展示該非對(duì)稱單元的放大圖（右上）以及構(gòu)建的原子模型（右下）。左下圖展示的是部分氨基酸的三維重構(gòu)電子密度圖以及構(gòu)建的原子模型,，可以很清楚地看見(jiàn)氨基酸側(cè)鏈,。（生物谷Bioon.com）
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Proceedings of the National Academy of Science doi: 10.1073/pnas.1014995108
Atomic model of a cypovirus built from cryo-EM structure provides insight into the mechanism of mRNA capping
Lingpeng Chenga,1, Jingchen Sunb,1, Kai Zhanga, Zongjun Moub, Xiaoxing Huanga, Gang Jia, Fei Suna, Jingqiang Zhangc,2, and Ping Zhua,2
Abstract
The cytoplasmic polyhedrosis virus (CPV) from the family Reoviridae belongs to a subgroup of “turreted” reoviruses, in which the mRNA capping activity occurs in a pentameric turret. We report a full atomic model of CPV built from a 3D density map obtained using cryoelectron microscopy. The image data for the 3D reconstruction were acquired exclusively from a CCD camera. Our structure shows that the enzymatic domains of the pentameric turret of CPV are topologically conserved and that there are five unique channels connecting the guanylyltransferase and methyltransferase regions. This structural organization reveals how the channels guide nascent mRNA sequentially to guanylyltransferase, 7-N-methyltransferase, and 2′-O-methyltransferase in the turret, undergoing the highly coordinated mRNA capping activity. Furthermore, by fitting the deduced amino acid sequence of the protein VP5 to 120 large protrusion proteins on the CPV capsid shell, we confirmed that this protrusion protein is encoded by CPV RNA segment 7.
