人类抗病毒蛋白MxA作用的分子机制

MxA protein is an important effector protein in human innate immunity and acts against a wide range of RNA viruses. Its cellular expression is strictly regulated by interferon alpha and/or beta. MxA belongs to the dynamin superfamily of large multi-domain GTPases. The family members carry out their biological function via GTP-hydrolysis-controlled self-oligomerization. Using structure biology means combined with certain biophysical and biochemincal techniques, I have solved the crystal structure of the stalk domain of MxA and elucidate the molecular mechanism for the oligomerization of dynamin family core members in previous studies (Gao et al, Nature 2010, first author). After that, I contributed to the solution of full-length MxA structure (Gao et al. Immunity, co-corresponding and first author) and dynamin structure (Faelber, et al. Nature, co-second author), which unveiled the composition of the full-length molecules and the "neck" domain. These research results have greatly advanced our understandings of the functional mechanism of MxA and dynmin on the molecular level. However, how oligomerization process is driven by GTP hydrolysis remains unknown in molecular details. In this research proposal, I will utilize a special MxA mutant that is oligomerization-deficient to deeply investigate the quenstion raised above, with my accumulated experiences on MxA during my previos studies. The answer obtained from this research project will shed light on the understanding of the molecular mechanism of MxA's antiviral activity, which finally will pave the way for the antiviral drug discovery.

MxA蛋白是人类先天免疫系统的重要效应蛋白，对多种RNA病毒有强烈的抵抗作用。MxA属于dynamin家族。该家族蛋白含多个结构域，通过水解GTP引起的自身多聚状态改变行使功能。在以往的研究中，本人通过结构生物学及相关的生物物理和生化手段解析了MxA茎部的晶体结构，阐明了其寡聚的分子机理(Nature一作)。随后通过解析MxA全长晶体结构（Immunity共同通讯和一作）和dynamin的晶体结构（Nature共同二作）揭示了整个分子的形态和颈部结构域的组成，这些研究大大加深了人们在分子水平上对MxA和dynamin作用机制的认识。然而MxA如何通过水解GTP引起自身多聚状态的改变的分子机理仍然未知。在本研究项目中，申请人将利用以往研究积累的经验，使用一个特殊的非多聚MxA突变体对这个问题进行深入的结构和功能研究，研究结果将有助于揭示MxA抗病毒的分子机理，以及在此基础上的抗病毒药物设计。

MxA 蛋白是人类先天免疫系统的重要效应蛋白，对多种RNA 病毒有强烈的抵抗作用。MxA 属于dynamin 家族，该家族蛋白含多个结构域，通过水解GTP 引起的自身多聚状态改变行使功能。在以往的研究中，我们通过结构生物学及相关的生物物理和生化手段解析了MxA 茎部的晶体结构，阐明了其寡聚的分子机理（Gao et al, Nature 2010）。随后通过解析MxA 全长晶体结构（Gao et al, Immunity 2011）和dynamin 的晶体结构（Faelber et al 2011）揭示了整个分子的形态和颈部结构域的组成，这些研究大大加深了人们在分子水平上对MxA 和dynamin 作用机制的认识。然而MxA 如何通过水解GTP 引起自身多聚状态的改变的分子机理仍然未知。在本研究项目中，我们利用以往研究积累的经验，使用一个特殊的非多聚MxA 突变体对这个问题进行深入的结构和功能研究。通过X射线晶体衍射方法，我们解析了一个非多聚MxA 突变体的晶体结构，并且空间构象与野生型高度一致。此外，单分子荧光共振能量转移的结果提示MxA 蛋白在结合不同GTP类似物时的构象会有不同程度的变化，主要体现在各结构域的摆动程度不一样。通过小角X射线散射的研究手段，我们初步发现溶液中MxA 蛋白结合不同GTP类似物时的构象情况。这些研究结果将有助于揭示MxA 抗病毒的分子机理，以及在此基础上的抗病毒药物设计，并加深对整个dynamin家族蛋白作用机制的认识。