病毒蛋白Vpx与宿主天然防御因子SAMHD1相互作用的机制研究

AIDS is one of the most devastating infectious diseases which threat to human health. HIV-1 replication in dendritic cells (DCs) is defensed by innate immune factor SAMHD1. SAMHD1 is counteracted by the lentiviral accessory protein Vpx which was found in HIV-2 and SIVsm / SIVmac, but not in HIV-1. Vpx hijacks DCAF1-DDB1-Cul4 E3 ubiquitin ligase to target SAMHD1 for proteasome-mediated degradation and then promotes viral replication. Despite a conserved mechanism of degradation, Vpx from distinct lineages of SIV/ HIV-2 recognize disparate termini of SAMHD1 in order to antagonize this host restriction factor for binding, ubiquitylation, and subsequent degradation. Our previous studies have elucidated the structure of activity domain of SAMHD1. We propose to determine the structure of SAMHD1-DCAF1-Vpx using SIVmnd2/ SIVrcm Vpx which requires the N-terminus of SAMHD1. We would compare it with the reported structure of SAMHD1(582-626)-Vpxsm-DCAF1(1058-1396), and illuminate an integrated interaction mechanism between the lentiviral accessory protein Vpx and the restriction factor SAMHD1. This mechanism would explain the evolutionary toggling of these two proteins during the virus-host arms race.

艾滋病是目前威胁人类健康的重大传染病之一。HIV-1病毒在髓系细胞系中的复制可被宿主天然防御因子SAMHD1抑制，而HIV-2 / SIV特异的辅助蛋白Vpx可解除这种抑制作用。Vpx通过劫持宿主细胞的DCAF1-DDB1/CUL4 E3泛素化连接酶，介导SAMHD1发生泛素化降解。不同种属的Vpx通过非常保守的途径水解SAMHD1，却各自识别SAMHD1上截然不同的区域。我们前期的工作已测定了SAMHD1活性结构域结构，在此基础上拟解析SIVrcm/ SIVmnd Vpx介导形成的SAMHD1-Vpx-DCAF1复合物结构，通过与已报导的结构对比分析，提出一个完整的病毒蛋白Vpx与宿主天然防御因子SAMHD1相互作用的分子机制，阐明两者之间相互拮抗，共同相对进化的“敌对竞争”历程。

SAMHD1蛋白是一种天然的宿主免疫限制因子，广泛存在于生物体内，在抑制病毒感染方面发挥重要作用。人源SAMHD1蛋白可抑制HIV-1、HBV、HSV-1等多种病毒。我们在结构的基础上，运用分子生物学、生物化学等方法在体外开展了对其三磷酸水解酶活性的检测，提出了合理的蛋白进行变构活化的途径。在生理条件下SAMHD1以一种无活性的单体或二体状态存在，可以由变构剂GTP/dGTP-dNTP诱导四聚化，以四聚体的活化形式水解结合在底物空腔的dNTP，而水解后蛋白会以无活性的松散四聚体形式存在，当底物浓度升高后，会快速变构活化实现对底物浓度的限制。目前关于SAMHD1的研究主要集中在人源和鼠源蛋白上，而已经发现猪源SAMHD1蛋白具有抗猪繁殖和呼吸障碍综合症病毒（PRRSV）的活性，鉴于2014年爆发的H7N9禽类流感病毒造成的极大损失，我们初步对猪源、鸡源SAMHD1蛋白的结构与功能进行探索研究，发现猪源、鸡源SAMHD1蛋白也具有相似的三磷酸水解酶活性和核酶活性，但又与人源存在差异。通过生物信息学的比对及体外酶活性的检测，扩展了对SAMHD1蛋白家族广谱抗病毒机制的研究，为探索新型抗病毒药物及阻断病毒跨种传播方向提供理论依据。