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荆门蜱虫病毒聚合酶NSP1的结构及催化特性研究

批准号:
32070185
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
龚鹏
学科分类:
病毒学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
龚鹏

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
荆门病毒是一类新型病毒,与黄病毒具有较近的亲缘关系,近年来已陆续发现荆门病毒感染人类的证据并引起广泛关注。与单节段基因组的黄病毒不同,荆门病毒的基因组分为多个节段,但其编码的复制酶NSP1和NSP2则分别与黄病毒NS5和NS3同源性较高。其中NSP1同时具备甲基转移酶和依赖RNA的RNA聚合酶(RdRP)功能,在病毒基因组复制和加帽过程中发挥关键作用,因此是揭示荆门病毒本质特征及其与黄病毒进化关系的理想体系。本项目选取荆门病毒的代表种荆门蜱虫病毒(Jingmen tick virus,简称JMTV)的NSP1作为研究对象,结合结构生物学和酶学方法,研究NSP1的三维结构和催化特性。在结构研究中关注黄病毒NS5体现出的构象多样性和RdRP的从头合成机制,在酶学研究中聚焦JMTV在引发、延伸等合成关键环节中与其他从头合成型RdRP的异同,为病毒RdRP的多样性研究和相关疾病防控提供科学依据。
英文摘要
The Jingmen viruses are a class of emerging viruses, and are close relatives of the flaviviruses. In recent years, human infection by the Jingmen viruses has become evident, and has gained global attention. Different from the unsegmented flaviviruses, the Jingmen virus RNA genome has multiple segments, but its replication enzymes NSP1 and NSP2 are highly homologous to the flavivirus NS5 and NS3, respectively. NSP1 harbors both the methyltransferase and RNA-dependent RNA polymerase (RdRP) functions, playing essential roles in viral genome replication and capping, and is therefore an ideal system to reveal the fundamentals of Jingmen viruses and their evolutionary relationship with the flaviviruses. In this project, we choose the NSP1 protein of the Jingmen Tick virus (JMTV), the representative species of the Jingmen viruses, as the research subject. By combining structural biology and enzymology approaches, we seek to investigate the three-dimensional structure and catalytic characteristics of JMTV NSP1. In the structural study, we aim at the conformational diversity, which was evident in the flavivirus NS5, and the catalytic mechanism of the de novo RdRP synthesis. In the enzymology study, we focus on the comparison of NSP1 with other de novo viral RdRPs with respect to the mechanisms of polymerase initiation and elongation. Through this project, we hope to provide a scientific basis to the understandings of viral RdRP diversity and to the prevention and control of Jingmen virus related diseases.
荆门病毒(jingmenvirus)是2014年首次在中国发现的一类基因组分节段的正链RNA病毒,代表种为荆门蜱虫病毒(Jingmen tick virus,JMTV)。这类病毒的其中一个节段编码的非结构蛋白NSP1与黄病毒NS5具有相似性,提示我们这类病毒可能与黄病毒亲缘关系较近,对人类的健康构成潜在威胁。本研究以JMTV NSP1为主要研究对象,成功解析了分辨率为1.8 Å和2.1 Å的NSP1 依赖RNA的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase,RdRP)区晶体结构,通过与黄病毒RdRP进行比较,我们初步发现,虽然两者氨基酸序列等同性较低,但三维结构上却高度相似;除此之外JMTV的RdRP在某些区域还与黄病毒科中其他病毒属的RdRP具有相似性。以几种代表性的黄病毒科RdRP为比较研究体系,我们利用酶学表征方法鉴定了NSP1的从头合成活性,发现JMTV NSP1产生与丙型肝炎病毒RdRP相似的特征3核苷酸流产产物,并表现出较强的末端引发偏好和短引物使用偏好。与黄病毒RdRP不同,JMTV RdRP可能需要其N端的甲基转移酶(methyltransferase,MTase)来实现从引发到延伸的高效转换,因为不含MTase的NSP1截短突变体比全长蛋白产生更多的4-5个核苷酸长度的中间产物。这项工作为进一步研究荆门病毒以及黄病毒聚合酶复制调控机制提供了重要的理论基础,也提升了对荆门病毒与黄病毒的进化关系上的理解,为针对相关病毒引起的疾病防控提供了参考。
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