以丙型肝炎病毒RNA-G4为新型靶标的配体分子的筛选及其抗病毒活性研究

In our recent research, we found naturally occurring special secondary structure - G-quadruplex (G4) - in the hepatitis C virus (HCV) -Core region. The G4 structure became more stable after ligand PDP binding, and led to a decline in HCV replication level. As there are no ligands specifically targeting HCV G4, it is neccessary to screen novel HCV G4 specific ligands with higher specificity and affinity. This project aims to carry out the following research: (1) Chemical synthesis and screening of novel ligand compounds with high specificity and affinity for this special G4 structure; (2) Screening of novel nucleic acid aptamers against the G4 structure, and characterization of their binding specificity and affinity for G4 structure; (3) Evaluating the efficacy of these ligands (including new compounds and aptamers) as novel anti-HCV drug candidcate molecules at the cellular level and in the animal infection model. This project, as an important original innovation, may provide a new target and new strategy for the treatment of HCV infection, thus has a great potential for application.

我们前期发现自然存在于丙型肝炎病毒 (Hepatitis C Virus, HCV) 核心基因Core中的特殊RNA-G四聚体（G4）二级结构。 G4与已报道的配体小分子（PDP）结合后更稳定，并导致HCV复制水平下降。由于目前没有特异针对HCV G4 的配体，因此有必要筛选比 PDP 亲和力更高、特异性更强的 HCV G4 特异性配体。 本项目拟开展如下研究：1、 化学合成并筛选获得更高特异性和高亲和力与HCV-Core RNA G4结合的新型配体化合物； 2、 SELEX技术筛选获得更高特异性与高亲和力与HCV G4结合的新型核酸适配子（aptamer）；3、在细胞水平与动物感染模型中验证候选的新型G4配体(包括新型配体化合物和适配子)作为抗HCV药物分子的疗效。本项目可能为HCV感染的治疗提供新的靶标和新策略，是重要的原始创新，具有潜在应用前景。

我们前期发现丙型肝炎病毒 (Hepatitis C Virus, HCV) 核心基因Core中存在特殊RNA-G四聚体 (G4) 二级结构。G4与已报道的配体小分子 (PDP) 结合后更稳定，并导致HCV复制水平下降。由于目前没有特异针对HCV G4的配体，且对于HCV G4结构的功能尚不完全明晰，因此有必要筛选比PDP亲和力更高、特异性更强的HCV G4特异性配体，并阐明HCV G4结构的宿主细胞胞内天然配体，明晰HCV感染宿主细胞后HCV G4结构的功能及其机制。.项目实施过程中，首次在RNA病毒-HCV中发现core-RNA G四链体-G4结构，发现靶向HCV core G4的配体可通过稳定G4结构，抑制HCV的复制和蛋白翻译表达，成果以通讯作者发表在Science子刊Science Advances (2016)；还成功发现HCV core G4结构的宿主细胞胞内天然配体蛋白-核仁素 (nucleolin, NCL)，NCL可结合并稳定HCV core RNA G4结构，进而抑制HCV复制。而HCV感染可诱导NCL的产生。因此我们首次提出NCL可能作为宿主因子，参与靶向HCV G4结构的抗病毒天然免疫机制，即HCV感染诱导细胞表达NCL，而NCL与病毒core RNA G4结构结合，稳定G4结构，进而抑制HCV复制。此外，还发现小分子G4配体PDP、PDS可特异性抑制NCL与HCV core RNA G4结合，为G4配体应用于HCV及所导致肝癌的治疗提供了新思路。相关成果以通讯作者发表在核酸研究领域权威期刊 Nucleic Acids Research (2019, IF: 11.561) 上。本项目研究中还发现HCV感染肝细胞后，肝癌细胞蛋白岩藻糖基化等N-糖基化明显增高，进一步研究发现FUT8糖基转移酶上调促使ANXA2和HSP90B1岩藻糖基化修饰增加，该成果为丙肝和肝癌诊疗提供的新靶标 (Biochim Biophys Acta, 2017，通讯作者)；进一步研究还发现发现肝炎病毒感染诱导FUT8表达，引起NF-κB信号通路活化，促进肝癌细胞增殖，并导致抗肿瘤药物-5-FU耐药 (Viruses, 2019，通讯作者)。