RNA-dependent RNA Polymerase

RNA依赖性RNA聚合酶

基本信息

批准号：
10652531
负责人：
Jamie Jon Arnold
金额：
$ 40.43万
依托单位：
UNIV OF NORTH CAROLINA CHAPEL HILL
依托单位国家：
美国
项目类别：
财政年份：
1999
资助国家：
美国
起止时间：
1999-07-01 至 2026-06-30
项目状态：
未结题

来源：
https://reporter.nih.gov/project-details/10652531
关键词：
Achievement Active Sites Amino Acids Antiviral Agents Attenuated Base Pairing Biochemical Biological Biological Assay Biological Models Biological Process Biology Biophysics Bypass Cells Complex DNA Defect Development Ebola virus Enterovirus Enterovirus 68 Enterovirus 71 Evolution Frequencies Genetic Genetic Drift Genetic Recombination Genome Goals Guanine Human poliovirus In Vitro Individual Knowledge Laboratories Link Mediating Modeling Modification Mutation Nucleotides Polymerase Positioning Attribute Process Property Public Health RNA RNA Virus Infections RNA Viruses RNA-Directed RNA Polymerase SARS coronavirus Speed Testing Viral Viral Pathogenesis Viral Proteins Virion Work base biophysical analysis biophysical properties epitranscriptome genetic manipulation in vitro Assay in vivo inhibitor insight mutant novel pharmacologic posttranscriptional prevent reconstitution structural determinants sugar vaccine development viral RNA viral fitness

项目摘要

Abstract The RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) drives viral evolution by mediating both genetic drift (mutation) and genetic/antigenic shift (recombination) of RNA viruses. RdRp speed and fidelity contribute to the rate of mutation and formation of the mutant swarm, a well-established determinant of viral fitness and pathogenesis. For more than two decades, we have used the RdRp from poliovirus (PV) as a model system to elucidate fundamental biochemical and biophysical principles governing speed and fidelity of nucleotide addition. A major conclusion of this work is that both speed and fidelity are controlled by the dynamics of a conserved array of amino acid residues in the active site. Importantly, these dynamics can be manipulated genetically or exploited pharmacologically, thus contributing to the creation of attenuated strains and antiviral agents. RNA recombination in PV occurs by a template-switching mechanism, a process in which the RdRp initiates elongation on one template (donor) but completes elongation on a different template (acceptor). PV RdRp is sufficient to catalyze template switching in vitro. However, the trigger(s) and mechanism of template switching remain largely unknown. Using a novel cell-based assay for PV RNA recombination, the Evans laboratory observed a direct correlation between RdRp infidelity and the frequency of RNA recombination. RdRp misincorporation frequency as a biochemical property governing template switching was not expected but motivated our foray into the study of RNA recombination. Over the past five years, we have established an experimental paradigm to elucidate the mechanism of RdRp-catalyzed RNA recombination, discover biochemical and biophysical properties and structural determinants of the RdRp governing RNA recombination, and reveal the biological consequences of perturbations to the mechanism and/or efficiency of RNA recombination. Here, we will utilize our experimental paradigm to achieve the following: (1) Link structural determinants of the RdRp to elementary steps and mechanisms of RNA recombination; (2) Investigate the impact of RNA modifications on elongation and recombination by the RdRp; and (3) Reveal the mechanism and biological function of forced-copy-choice RNA recombination.

抽象的 RNA 依赖性 RNA 聚合酶 (RdRp) 通过介导遗传漂变（突变）来驱动病毒进化 RNA 病毒的遗传/抗原转移（重组）。 RdRp 速度和保真度有助于突变群的突变和形成，是病毒适应性和发病机制的既定决定因素。二十多年来，我们一直使用脊髓灰质炎病毒 (PV) 的 RdRp 作为模型系统来阐明控制核苷酸添加速度和保真度的基本生化和生物物理原理。一个专业这项工作的结论是，速度和保真度都是由保守数组的动态控制的活性位点的氨基酸残基。重要的是，这些动态可以通过基因操纵或利用药理学上，从而有助于创建减毒菌株和抗病毒药物。 PV 中的 RNA 重组通过模板转换机制发生，该过程中 RdRp 启动在一个模板（供体）上进行伸长，但在另一模板（受体）上完成伸长。 PV RdRp 为足以催化体外模板转换。然而，模板切换的触发因素和机制仍然很大程度上不为人所知。 Evans 实验室使用一种新颖的基于细胞的 PV RNA 重组测定法观察到 RdRp 不忠与 RNA 重组频率之间存在直接相关性。 RdRp 错误掺入频率作为控制模板转换的生化特性是出乎意料的，但促使我们涉足 RNA 重组的研究。在过去的五年里，我们建立了阐明 RdRp 催化 RNA 重组机制的实验范式，发现控制RNA重组的RdRp的生化和生物物理特性以及结构决定因素，并揭示扰动对 RNA 机制和/或效率的生物学影响重组。在这里，我们将利用我们的实验范式来实现以下目标：（1）链接结构决定因素 RdRp 到 RNA 重组的基本步骤和机制； (2) 研究RNA的影响 RdRp 对延伸和重组的修饰； (3)揭示其机制和生物学强制复制选择RNA重组的功能。

项目成果

期刊论文数量（53）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Incorporation fidelity of the viral RNA-dependent RNA polymerase: a kinetic, thermodynamic and structural perspective.

病毒 RNA 依赖性 RNA 聚合酶的掺入保真度：动力学、热力学和结构视角。

DOI：
发表时间：
2005-02
期刊：
影响因子：
5
作者：
Castro, Christian;Arnold, Jamie J;Cameron, Craig E
通讯作者：
Cameron, Craig E

Signatures of Nucleotide Analog Incorporation by an RNA-Dependent RNA Polymerase Revealed Using High-Throughput Magnetic Tweezers.

使用高通量磁性镊子揭示了 RNA 依赖性 RNA 聚合酶掺入核苷酸类似物的特征。

DOI：
发表时间：
2017-10-24
期刊：
影响因子：
8.8
作者：
Dulin, David;Arnold, Jamie J;van Laar, Theo;Oh, Hyung;Lee, Cheri;Perkins, Angela L;Harki, Daniel A;Depken, Martin;Cameron, Craig E;Dekker, Nynke H
通讯作者：
Dekker, Nynke H

Temperature controlled high-throughput magnetic tweezers show striking difference in activation energies of replicating viral RNA-dependent RNA polymerases.

温控高通量磁镊在复制病毒 RNA 依赖性 RNA 聚合酶的激活能方面表现出显着差异。

DOI：
发表时间：
2020-06-04
期刊：
影响因子：
14.9
作者：
Seifert, Mona;van Nies, Pauline;Papini, Flávia S;Arnold, Jamie J;Poranen, Minna M;Cameron, Craig E;Depken, Martin;Dulin, David
通讯作者：
Dulin, David

Motif D of viral RNA-dependent RNA polymerases determines efficiency and fidelity of nucleotide addition.

DOI：
10.1016/j.str.2012.06.012
发表时间：
2012-09-05
期刊：
Structure
影响因子：
5.7
作者：
Yang X;Smidansky ED;Maksimchuk KR;Lum D;Welch JL;Arnold JJ;Cameron CE;Boehr DD
通讯作者：
Boehr DD

Foot-and-mouth disease virus type O specific mutations determine RNA-dependent RNA polymerase fidelity and virus attenuation.

口蹄疫病毒 O 型特异性突变决定了 RNA 依赖性 RNA 聚合酶保真度和病毒减毒。