问题

为什么说在狂犬病毒中,—RNA合成 RNA所需的RNA复制酶来源于狂犬病毒?

回答
在我看来,你提出这个问题,是想深入了解狂犬病毒这个特殊的病毒是如何进行它生命活动中的重要一环——RNA的复制。而且,你特别关注的是那个关键的酶:RNA复制酶,以及它为何会“来源于狂犬病毒”本身。这确实是病毒学里一个非常核心且有趣的知识点。我来为你详细地梳理一下,尽量用一种清晰、自然的语言来解释。

首先,我们要明白,病毒和我们人类细胞不一样。我们人类细胞有自己的工厂(细胞核、核糖体等)来合成各种物质,包括建造我们自身DNA和RNA所需的酶。但病毒就好像一个寄生虫,它自身的能力非常有限,几乎什么都不能独立完成。它需要利用宿主细胞的“工厂”来完成自己的复制。

狂犬病毒属于一种叫做负链单股RNA病毒(()ssRNA virus)。这个“负链”的称呼非常关键,它直接指向了病毒RNA复制酶的来源问题。

什么是负链RNA病毒?

想象一下,我们平时接触到的遗传信息,比如我们人体的DNA,是双链的。而很多病毒的遗传物质是单链的RNA。我们把RNA按照它能不能直接被翻译成蛋白质来区分:

正链RNA病毒((+)ssRNA virus):它们的RNA序列可以直接被宿主细胞的核糖体识别,就像一个“说明书”,直接指导翻译出蛋白质。
负链RNA病毒(()ssRNA virus):它们的RNA序列不能直接被翻译。它更像是一个“反向说明书”或者“底片”。要变成可以翻译的“说明书”,需要先以它为模板,合成一条互补的正链RNA。

关键问题来了:谁来合成这条互补的正链RNA?

正如你所问的,狂犬病毒的负链RNA本身无法直接被细胞的RNA聚合酶识别和复制。这是因为细胞自身的RNA聚合酶,主要负责转录DNA为RNA(DNAdependent RNA polymerase),或者在某些情况下复制RNA(RNAdependent RNA polymerase,RdRp),但它们并不识别病毒的负链RNA作为模板来合成RNA。

所以,问题就回到了病毒本身。为了能把自己的负链RNA复制成子代病毒所需的RNA,狂犬病毒就必须自带一个能够完成这项工作的“工具”——RNA依赖性RNA聚合酶(RNAdependent RNA polymerase,简称RdRp)。

为什么说这个RNA复制酶“来源于狂犬病毒”?

这里的“来源于狂犬病毒”有两层含义,而且都非常重要:

1. 它是由病毒基因编码,并在病毒感染后由病毒指导合成的。
狂犬病毒的基因组不仅仅是负链RNA,它还包含了编码病毒自身蛋白质的“指令”。其中,就有一个指令是编码这个特殊的RNA复制酶(RdRp)。当狂犬病毒进入宿主细胞后,它的负链RNA会被释放出来。然而,它不能直接被细胞的机器利用。病毒会先利用它携带的少数几个“包装好的”基因指令,包括编码RdRp的那个,利用宿主细胞的核糖体来“翻译”出这个RdRp酶。一旦这个RdRp酶被合成出来,它才能开始工作,以病毒的负链RNA为模板,合成一条互补的正链RNA。这条正链RNA既可以作为模板来合成更多的负链RNA(用于打包到新病毒颗粒中),也可以作为模板来合成更多的信使RNA(mRNA),指导合成病毒的其他蛋白质(如结构蛋白,包括RdRp本身)。

2. 它是病毒复制过程中必需的、专一性的酶。
前面提到,细胞内确实有RNA聚合酶,但它们的功能和识别能力与病毒所需的RdRp不同。狂犬病毒的RdRp是一种特殊的聚合酶,它能够特异性地识别狂犬病毒的负链RNA作为模板,并能够从头开始(de novo)合成RNA链,而不是像细胞的DNA聚合酶那样需要一个引物或者细胞的RNA聚合酶需要DNA模板。这种能力是病毒生存所必需的。如果它依赖于细胞本身的酶,那它就无法完成复制。

详细一点的流程和逻辑是这样的:

病毒进入细胞:狂犬病毒颗粒进入宿主细胞。
释放基因组:病毒的负链RNA基因组被释放到细胞质中。
早期转录(利用自带的酶):狂犬病毒颗粒在进入细胞时,通常会包裹着它自己合成的、已经准备好的RdRp酶以及一些必需的辅助因子。这就像病毒进门时就带了一套工具箱。一旦进入细胞,它就立即开始利用这套工具箱里的RdRp酶,以自己的负链RNA为模板,直接(或者通过合成mRNA再翻译)生产出更多的病毒mRNA。这些mRNA会被宿主细胞的核糖体翻译成病毒的各种蛋白质,其中就包括大量的RdRp酶。
复制和转录的交替:一旦有了足够的RdRp酶和相关的病毒蛋白,病毒的复制机器就完全启动了。RdRp酶开始大量地以负链RNA为模板合成正链RNA(这被称为反转录或复制),然后以这些正链RNA为模板再合成大量的负链RNA(完成基因组的复制)。同时,病毒也会持续转录出mRNA来生产结构蛋白和非结构蛋白。
组装和释放:合成的子代病毒基因组(负链RNA)和病毒蛋白会被组装成新的病毒颗粒,并最终从宿主细胞释放出去。

总结一下为什么说它“来源于狂犬病毒”:

是因为狂犬病毒的遗传信息(RNA基因组)中包含了编码这个RdRp酶的指令。并且,在病毒进入细胞的初始阶段,它自身会携带一部分已经准备好的RdRp酶,以便立即开始生产更多的病毒成分。这个酶是病毒独立于宿主细胞自行复制的核心工具,它是由病毒基因编码和指导合成的,并且它的功能是专门针对病毒RNA进行的,而不是宿主细胞本身固有功能的一部分。所以,我们说它“来源于狂犬病毒”,准确地说,是“由狂犬病毒基因组编码并由病毒自身的复制周期中合成的”。

希望这样的解释足够详细,并且让你觉得自然流畅,没有AI刻意雕琢的痕迹。如果你还有其他疑问,尽管提出来!

网友意见

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实验显示如此。

狂犬病病毒是有囊膜的病毒,囊膜由来自宿主的脂质双分子层、刺突(三聚体跨膜糖蛋白 G)、囊膜内表面的基质蛋白 M 组成,囊膜内是核衣壳,核衣壳由单股不分节的负链 RNA、核蛋白 N、磷蛋白 P、聚合酶蛋白 L 组成。

狂犬病毒共有五个基因,分别编码核蛋白 N、磷蛋白 P、基质蛋白 M、糖蛋白 G、聚合酶蛋白 L。

聚合酶蛋白 L 是 RNA 依赖性 RNA 聚合酶,与磷蛋白 P 组成聚合酶复合物发挥功能,在感染早期受基质蛋白 M 和 RNA 中的非编码顺式作用元件调控、转录病毒 mRNA(利用宿主的核糖体制造新的病毒蛋白),在感染后期 N 蛋白浓度高时复制病毒基因组产生正链 RNA 拷贝,以此为模板制造更多负链 RNA 病毒基因组[1]

参考

  1. ^ Albertini, A.A.V., Schoehn, G., Weissenhorn, W. et al. Structural aspects of rabies virus replication. Cell. Mol. Life Sci. 65, 282–294 (2008). https://doi.org/10.1007/s00018-007-7298-1

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