寨卡病毒非结构蛋白NS1膜结合关键位点研究

Zika virus (ZIKV), a Flaviviridae family member, mainly transmitted to human by mosquitoes, can also be transmitted by sexual behavior. Many experimental evidences showed that ZIKV infection is associated with microcephaly and serious neurological complications, such as Guillain-Barre syndrome. The study of ZIKV pathogenesis could provide significant insights for vaccine and drug development. Nonstructural protein 1 (NS1) is the only ZIKV viral protein which can be secreted into the extracellular space and the major host-interaction molecule that functions in flaviviral replication, pathogenesis and immune evasion. Recently we reported the crystal structure of the ZIKV NS1 protein and observed a long intertwined loop that can form a hydrophobic “spike” contributing to cellular membrane association. We plan to explore the pathologic significance of the key “spike” residues of NS1 by mutagenesis experiments. The membrane binding abilities of mutant NS1 proteins will be detected by liposome float up assay, and the recombinant mutant viruses will be generated by reverse genetic system for phenotypic characteristics evaluation. The effects of amino acid substitutions on NS1 pathologic significance will also be evaluated in the ZIKV mice model. Then we will determine the crystal structures of the key mutant NS1 proteins and elucidate the pathologic mechanism of ZIKV NS1. Our results will aid in the development of vaccines and antiviral inhibitors against ZIKV in future and will be valuable in understanding the pathogenesis of other flavivirus NS1 proteins.

寨卡病毒属于黄病毒科的一员，主要通过蚊虫进行传播，也能通过性传播感染人。研究表明寨卡病毒感染与胎儿小头症、神经疾病古兰巴雷综合症密切相关。对寨卡病毒感染的生物特性和致病机制研究，可为抗病毒药物筛选和疫苗研制提供理论依据。寨卡病毒的非结构蛋白NS1是病毒唯一分泌并与宿主相互作用的重要蛋白，在病毒感染、复制、病理及免疫逃逸过程中起着重要作用。我们在前期工作中解析了寨卡病毒NS1蛋白的晶体结构，率先发现了疏水的“spike”氨基酸帮助NS1参与膜结合。本项目拟通过突变实验在蛋白水平和病毒水平研究寨卡病毒NS1膜结合关键位点对NS1膜结合功能及病毒包装、复制的影响，进而通过动物实验比较突变体病毒在致病力等方面的改变，并结合结构生物学手段解析突变体蛋白晶体结构，诠释寨卡病毒NS1的作用机制，为寨卡病毒疫苗设计和抗病毒药物筛选提供新的思路和潜在的作用靶点，并为探索其它黄病毒NS1致病机制提供借鉴。

寨卡病毒属于黄病毒科的一员，主要通过蚊虫进行传播，也能通过性传播传染给其它人。多项研究表明寨卡病毒感染与胎儿小头症、神经疾病古兰巴雷综合症密切相关。对寨卡病毒感染的生物特性和致病机制研究，可为抗病毒药物筛选和疫苗研制提供理论依据，从而有效防控寨卡病毒传播。寨卡病毒的非结构蛋白NS1是病毒唯一分泌并与宿主相互作用的重要蛋白，在病毒感染、复制、病理及免疫逃逸过程中起着重要作用。我们在前期工作中解析了寨卡病毒NS1蛋白的晶体结构，率先发现了疏水的“spike”氨基酸帮助NS1参与膜结合。本项目通过突变实验在蛋白水平和病毒水平研究了寨卡病毒NS1膜结合关键位点对NS1膜结合功能及病毒包装、复制的影响，并通过动物实验，发现寨卡病毒NS1膜结合关键位点突变体病毒在毒力上有明显降低，而F123A突变病毒毒力减弱尤为明显。随后通过动物实验免疫评价表明F123A突变病毒是一个潜在的减毒活疫苗。此外，建立了一个对早期寨卡病毒感染敏感性高并对NS1蛋白有特异性的ELISA方法，并解析了黄热病毒NS1晶体结构，为进一步阐明不同黄病毒NS1致病机制奠定了基础。并与澳大利亚Paul R. Young研究组合作，发现了一株对多种黄病毒都有保护效果的单克隆抗体1G5.3，首次揭示了NS1广谱保护性抗体的作用机制，指出黄病毒非结构蛋白NS1可以作为通用疫苗设计的新靶点，有效避免ADE效应。这些结果为寨卡病毒为代表的黄病毒疫苗设计提供新的思路和潜在的作用靶点，并为探索其它黄病毒NS1致病机制提供借鉴。