柯萨奇病毒A16型2A蛋白酶的结构与功能研究及丙型肝炎病毒非结构蛋白NS4B的初步晶体学研究

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手足口病(hand,foot and mouth disease,HFMD)是一种全球性的传染病,于1957年在新西兰首次报道,并于1981年传入我国,至今在我国己爆发多次流行。柯萨奇病毒A16型(CVA16)是引起儿童手足口病的主要病原体之一,与另一种引起手足口病的肠道病毒71型(EV71)的基因组同源性高达75%以上。CVA16的基因组编码一条多聚蛋白,之后被病毒的蛋白酶切割为成熟蛋白。其中,非结构蛋白2A和3C蛋白酶在病毒多聚蛋白的加工过程中起到重要的作用。在肠道病毒中,2A蛋白酶在衣壳蛋白VP1羧基端和2A蛋白酶氨基端之间的位置进行切割,从而将病毒结构蛋白前体和非结构蛋白前体分开。肠道病毒的2A蛋白酶具有多种功能,它不仅可以剪切病毒前体蛋白,帮助病毒蛋白的成熟,并且可以切割真核翻译起始因子4G,从而影响宿主细胞的蛋白表达。  在大肠杆菌系统中成功表达并纯化了全长的CVA162A蛋白酶,并通过体外酶活实验验证了其对真核翻译起始因子eIF4GⅠ和eIF4GⅡ的切割作用。通过大量晶体生长条件的筛选和优化我们获得了高质量的蛋白晶体进行衍射数据的收集,之后利用分子置换的方法解析了CVA162A蛋白酶的1.8(A)高分辨率的晶体结构。CVA162A蛋白酶三维晶体结构是由氨基端的4个β片层和羧基端的6个β片层组成的β桶结构构成。CVA162A蛋白酶是一种半胱氨酸蛋白酶,其酶活中心是由His21,Asp39和Cys110这三个高度保守的氨基酸残基构成。与同源蛋白人鼻病毒2型(HRV2)的2A蛋白酶的关闭构象不同的是,CVA16的2A蛋白酶有充足的空间来容纳底物的残基,其结构呈现开放的构象。这种构象主要是由两个开关Glu88和Tyr89的侧链摆动控制的。除此之外,对蛋白酶的底物识别特异性分析实验发现,CVA162A蛋白酶对底物的P1,P2和P4位置的氨基酸残基种类要求保守性很高,突变后对蛋白酶的活性有非常大的影响,而P2,P3和P3位的氨基酸残基对酶活的影响相对较小。肠道病毒的2A蛋白酶可以作为抗病毒药物的一个靶标,结果为其研究提供了很好的理论基础。  丙型病毒性肝炎是由丙型肝炎病毒(hepatitis C virus,HCV)引起的人类疾病。丙型病毒性肝炎流行广泛,给人类健康带来极大的威胁。丙型肝炎病毒基因组共编码三个结构蛋白和七个非结构蛋白。其中,非结构蛋白NS4B是一个位于细胞内质网的膜蛋白。它的主要功能是参与病毒复制过程中细胞膜网络(MW)的形成,同时参与病毒复制复合体的形成。NS4B蛋白还可以通过破坏干扰素信号途径STING蛋白和TBK1蛋白的相互作用,使HCV逃避宿主的免疫反应而在人体内能够长期存在。  目前己在昆虫真核表达系统中成功表达纯化了HCV NS4B全长蛋白,并进行了初步的晶体筛选工作。为了获得均一度更高、性质更好的NS4B蛋白用于晶体学研究,分别尝试了蛋白酶降解、去污剂种类的筛选、以及亲水性融合蛋白等实验策略,目前已经获得聚集状态更为均一的蛋白,为HCV NS4B的进一步晶体学研究打下了基础。
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