基于BmCPV高分辨侵染态结构和分子互作的入侵机理研究

家蚕质型多角体病毒（BmCPV）是呼肠孤病毒科的代表种，研究并阐述其入侵机理具有重要的基础科学意义和疫病防治方面的应用价值。课题组1996年来一直坚持从结构和分子两个层面对BmCPV进行研究，并在国家基金"基于冷冻电子断层扫描的 BmCPV 入侵机制研究"的资助下,获得了BmCPV的高分辨原子模型和入侵过程的三维模型,还解析了多角体病毒的形成机制。本课题拟在前期的研究成果基础上，结合冷冻电镜单颗粒三维重构技术和双分子荧光互补技术对BmCPV的侵染机理作更深入研究：包括BmCPV与宿主细胞蛋白的相互作用、BmCPV-受体复合物、VP4蛋白和活性转录态病毒粒子的三维重构等。研究内容立体覆盖了病毒入侵期间的关键环节，其结果将进一步完善我们对呼肠孤病毒的入侵机理研究，并为今后开展基于CPV高分辨结构的入侵分子机理,开展病毒和细胞的互作研究和基于电镜高分辨结构的病毒药物设计研究奠定方法学基础。

家蚕质多角体病毒(Bombyx mori Cytoplasmic Polyhedrosis Virus,BmCPV)属呼肠孤病毒科(Reoviridae),质多角体病毒属(Cypovirus),BmCPV-1是该属代表种。CPV病毒分布极广，其中轮状病毒、鸡传染性法氏囊病毒、非洲马瘟病毒和羊蓝舌病毒等能使人畜致病。. 应用overlap PCR等方法克隆yfpn-vp4融合基因，构建了pIZTV5-His-yfpn-vp4重组质粒，并转染BmN细胞。应用RNAi等方法，研究了CPV病毒dsRNA与细胞RNAi系统的相互作用关系。应用直接计数冷冻电镜和非对称三维重构技术，确定了休眠期CPV(q-CPV)的dsRNA排列方式、原子分辨率下q-CPV和转录态CPV(t-CPV)的TEC结构；并通过NTPase实验和CPV六个近原子分辨率下(2.9-3.1Å)结构变化比对，解析了病毒mRNA转录、加帽和运输过程的整体协作机制。.首次发现BmCPV病毒SAM依赖的ATPase介导的dsRNA病毒转录和加帽信号通路，并将GTase亚单位重新命名为ATPase-GTase亚单位。当SAM和NTPs存在时，病毒TP蛋白MT-2和MT-1亚单位各结合1个SAM分子，病毒衣壳也向外扩张，结构发生改变，TP蛋白ATPase-GTase亚单位的ATPase活性位点结合并水解1个ATP分子，GTase活性位点结合1个GTP分子，从而激活病毒RNA转录和加帽。研究病毒dsRNA基因组片段与RNA聚合酶复合物(TEC)的原位结构，发现休眠期CPV(q-CPV)的10条dsRNA与10个TEC特异性结合，并以非对称方式结合在CPV衣壳12个顶点中的10个特定顶点上；转录态t-CPV的TEC(RdRP与VP4蛋白)构象发生改变，形成模板RNA的进入通道，2个病毒衣壳蛋白(CSP)与RdRP、VP4相互作用，激活了CPV病毒转录，即CPV病毒外部衣壳蛋白感知环境信号后，通过TEC传递给病毒内部dsRNA，并激活了转录，将cryoEM对病毒的研究从外部“衣壳”深入到了内部“核酸”。. 应用cryo-EM揭示了CPV病毒入侵和复制的结构基础，为研究dsRNA病毒的增殖复制等提供了方法和技术上的借鉴，为基于病毒高分辨结构的功能性靶位筛选和计算机辅助药物设计(CADD)等提供精确的结构信息。