馬里蘭大學巴爾的摩郡分校（UMBC）的研究人員發現了腸病毒在人體細胞內複製的關鍵步驟。這項發表在《自然通訊》（Nature Communications）上的研究成果，解釋了導致小兒麻痺、腦炎、心肌炎，甚至普通感冒等疾病的病毒，如何控制細胞的機制來複製自身。科學家表示，這項發現最終可能幫助研究人員開發出新一代的抗病毒藥物，能夠同時針對多種腸病毒。
這項研究由UMBC化學與生物化學副教授Deepak Koirala與近期獲得博士學位的Naba Krishna Das領導。他們的工作有助於解答長久以來關於這些病毒侵入細胞後如何啟動複製的疑問。
Koirala表示：「我的實驗室一直致力於理解RNA病毒如何在細胞內產生蛋白質並複製其基因組以製造更多病毒顆粒。」該團隊早期的工作識別出病毒RNA中一個重要的三葉草形狀結構。新的研究顯示，該結構如何招募構建病毒複製機制所需的蛋白質。
腸病毒如何在細胞內複製
腸病毒攜帶非常小的RNA基因組，必須同時執行兩項任務。病毒RNA必須指導病毒蛋白質的生產，同時也作為創建病毒新副本的模板。
大多數病毒基因組包含結構蛋白的指令，但也編碼了幾種複製所需的專門蛋白質。其中最重要的之一是稱為3CD的融合蛋白。
3C部分將長的氨基酸鏈切割成病毒所需的獨立蛋白質。3D部分則充當RNA聚合酶，這是一種複製病毒RNA的酶，使病毒能夠繁殖。人體細胞不自然地含有這種聚合酶，這意味著病毒必須提供自己的版本。
Koirala解釋說：「我們先前確定了單獨RNA的結構，其他團隊確定了3C和3D的結構，但現在我們捕捉到了RNA和蛋白質結合在一起的結構，因此我們知道它們是如何相互作用的。我們發現是3CD的3C結構域與病毒基因組中的RNA結合，然後它會招募其他組件，例如宿主蛋白PCBP2，來組裝複製複合物。」
研究人員還發現，這種分子複合物像一個開關一樣運作。當3CD連接時，病毒會複製其RNA基因組。當蛋白質脫離時，RNA則可供生產病毒蛋白質。
科學家解開長期的病毒謎團
為了詳細檢查這些相互作用，該團隊使用X射線晶體學來觀察RNA三葉草結構和3CD蛋白質的結合情況。他們還依賴等溫滴定量熱法（ITC），該方法測量分子結合時釋放的熱量；以及生物層干涉測量法（BLI），該方法利用光干涉的變化來追蹤分子結合的持續時間。
這些實驗有助於解決持續的科學爭論。研究人員表明，兩個完整的3CD分子，每個分子都帶有自己的RNA聚合酶，並排結合在病毒RNA上。早期的研究曾提出蛋白質形成單一融合對。
科學家仍不完全理解為何需要兩個副本，但新的研究為複製過程的起始提供了更清晰的圖像。
廣譜抗病毒藥物的潛力
其中一項最有希望的發現是，在研究檢查的所有七種腸病毒中，該機制顯得非常相似。這些病毒共享幾乎相同的RNA三葉草結構和結合行為。
這種相似性表明RNA結構對病毒生存極為重要。顯著的突變很可能會破壞複製，使該結構成為多種腸病毒潛在的穩定藥物靶點。
研究人員表示，這提高了開發廣譜抗病毒藥物的可能性，這些藥物可以對抗整個病毒家族，而不是單一病原體。
科學家已經在開發干擾3C和3D蛋白質的藥物，但新的發現揭示了另一種可能的策略。
Koirala說：「干擾3C和3D活性的藥物已經在開發中，但現在我們有了另一個層次可以測試。如果我們靶向RNA，或RNA-蛋白質界面，以破壞相互作用，那將是另一個機會。現在我們有了高解析度的結構，你可以精確設計藥物分子來靶向它們。」
Koirala表示，這項研究突顯了病毒儘管基因組微小，卻能展現出驚人的複雜性。
Koirala說：「病毒非常、非常聰明。它們的整個基因組相當於人類約一個mRNA序列，但它們卻如此有效。我最新的工作證明了為什麼我們需要研究這些基礎科學——以便能夠轉化為開發針對引起如此多有害疾病的病原體的藥物。」
