内罗病毒核蛋白复合体的组装机制研究

Nucleoprotein(NP) is one of the key proteins of negative single strand RNA viruses, which plays pivotal role in the virus life cycle, NPs scaffold the viral genome into ribonucleoprotein(RNP) complexes, protect viral RNA from host cell degradation. The correct formation of RNP is critical for virus assembling and maturation. Moreover, NP also initial and regulate the gene replication process by interacting with the virus transcription and replication machinery. The structural and functional investigation of virus RNP is one of the research hotspots of virology. In this project, we will apply BIAcore to screen RNA ligand of CCHFV NP with high binding affinity,obtain RNP crystal by various protein purification methods, the crystal structure of RNP will be determined based on the NP structure we previously reported, the structural studies of CCHFV RNP will deepen our understanding of virus genome assembling mechanism.

核蛋白(Nucleoprotein)是单股负链RNA病毒的核心蛋白之一,在病毒的生活周期中发挥着重要作用，主要负责与病毒基因组RNA结合，形成核蛋白复合体(RNP)，保护病毒基因组免受宿主细胞的降解，核蛋白复合体的正确形成对于病毒的转录复制调节、病毒颗粒的装配与成熟具有关键的作用。因此，对病毒核蛋白复合体的结构与功能研究，一直是病毒学与结构生物学的研究热点之一。本课题将以内罗病毒属(Nairovirus genus)的克里米亚-刚果出血热病毒(CCHFV)核蛋白作为研究对象，运用生物大分子相互作用分析等方法，筛选能够与核蛋白稳定结合的RNA序列，利用多种蛋白质纯化方式，获得稳定的核蛋白复合体，再应用蛋白质晶体学为主要技术手段的结构生物学研究方法，解析CCHFV核蛋白复合体的三维结构，结合其他病毒学研究手段，提出该病毒核蛋白复合体形成的三维模型，阐述以CCHFV为代表的内罗病毒基因组装模式。

单股负链RNA病毒编码核蛋白(NP)来包裹病毒基因组，与聚合酶结合形成核酸-核蛋白复合体，在病毒的转录复制过程中发挥重要作用。本研究组通过体外表达系统获得了低聚状态的NP与RNA的复合体，通过对复合体中的RNA进行序列测定，发现能与NP结合的RNA序列具有一定的特异性，暗示可能是介于NP和RNA之间潜在的包裹信号；通过冷冻电镜重建NP和RNA复合体的环形三维结构，阐明了NP蛋白寡聚化模式，及单体蛋白“头部”结构域和“杆部”结构域相互作用特点。NP-RNA复合体环形三维结构证实，NP单体蛋白“头部”和“杆部”均参与了核蛋白与RNA的相互作用，形成了RNA“壳体化”的闸门机制。本研究阐明了CCHFV RNP的形成机制，并展现了CCHFV在RNP形成及转录复制过程中与其它单股负链RNA病毒的不同特点。与此同时，本研究组还针对布尼亚病毒科内罗病毒属多种重要致病病原体，如Hantavirus, Hazara virus, Kupe virus,以及Erve virus开展了针对其核蛋白-核酸复合体的作用机制研究，在2014-2015西非埃博拉病毒爆发期间，本课题组还针对埃博拉病毒的基因转录复制机制进行了系统性的研究，其核蛋白分辨率达1.8埃，这是迄今为止分辨率最高的埃博拉病毒核蛋白三维结构。