近日，湖北工業大學生命科學與健康工程學院潘軍華教授團隊在《Cell》在線發表了題為“Viral DNA polymerase structures reveal mechanisms of antiviral drug resistance”（病毒DNA聚合酶結構揭示抗病毒藥物耐藥機制）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》上發表研究成果。潘軍華教授為共同第一作者，哈佛醫學院為第一通訊單位，湖北工業大學為第二通訊單位。

該研究利用冷凍電鏡（cryo-EM）技術發現了皰疹病毒聚合酶全酶復合物多種構象并存的現象（圖1），并通過解析一系列高分辨率結構及詳細的結構生物學研究與結構-功能分析闡明了DNA聚合酶的結構動態影響藥物選擇性及抗藥性的分子機理以及該酶高效延續合成DNA的結構生物學原理。

圖1皰疹病毒聚合酶全酶復合物的多種構象

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。皰疹病毒聚合酶（UL30或Pol）催化亞基多個位點的堿基替換均能導致臨床上對這兩種藥物的抗性。但這些突變如何導致藥物抗性以及阿昔洛韋和膦甲酸鈉如何選擇性地對皰疹病毒的聚合酶產生響應尚不明確。針對上述問題，本研究利用cryo-EM技術解析了結合DNA的皰疹病毒聚合酶全酶復合物的高分辨率結構（圖2），并揭示了該復合物的多種不同構象。這些結構闡明了催化亞基Pol和持續合成因子UL42如何結合DNA以促進DNA持續合成的機理。本研究還發現在沒有引入核苷酸的情況下Pol在多種構象中呈現指狀結構域的閉合狀態。藥物結合結構揭示了抗病毒藥物如何選擇性地結合更易采用閉合構象的酶。分子動力學模擬和耐藥突變體的cryo-EM結構表明，一些耐藥突變體通過調節構象動力學影響藥物選擇性，這些研究闡明了皰疹病毒DNA聚合酶驅動藥物選擇性的機制。

圖2結合DNA的皰疹病毒聚合酶全酶的結構

本研究報道了在引入或缺失核苷酸的情況下皰疹病毒Pol-UL42異源二聚體結合DNA引物-模板的高分辨率結構。這些結構的解析有助于闡明該病毒聚合酶持續進行DNA合成的機制，并可作為模板幫助設計捕獲Pol不同構象狀態的變構抑制劑，從而對抗抗病毒藥物產生的新的耐藥性。

潘軍華教授為我校2023年從海外重點引進的高層次人才，是結構生物學、生物化學和病毒學專家。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等雜志發表論文十余篇，擁有專利一項，擔任Nature Communications、Communications Biology和Bioconjugate Chemistry等雜志審稿人。