冠状病毒Nsp13蛋白及其核酸复合物溶液结构的小角散射研究

Coronavirus can cause serious outbreak of SARS and the MERS, constituting a great threat to global public health security, for which there is currently no vaccine or drug available. This proposed research will focus on Nsp13 enzyme protein which is one kind of key proteins in the replication and transcription of coronavirus. By using advanced neutron and X-ray small angle scattering technique, structures of Nsp13 and its complexes with RNA under conditions close to physiological solution state can be characterized. Taking advantages of contrast variation small angle neutron scattering technique, we will be able to investigate the protein RNA complexes in detail. Confirmation change of Nsp13 proteins in the presence of nucleic acid and the interactions between these proteins and RNA molecules will be revealed, therefore providing new experimental data for understanding the function of these proteins in virus replication mechanism.

冠状病毒可引起包括SARS和MERS等严重疫情，对全球公共卫生安全构成极大威胁，目前尚无可用的疫苗或药物。本研究聚焦冠状病毒复制转录关键酶Nsp13，应用先进中子和X射线小角散射技术，研究Nsp13等在近生理溶液中的构象动态特征；发挥反差变换小角中子散射方法的优势，探索Nsp13与核酸组分之间的相互作用，揭示核酸结合诱导的蛋白质亚基重排变化规律。为揭示这一蛋白在病毒复制中的功能机制提供实验证据和结构基础。

冠状病毒引起多次严重疫情，新冠病毒全球大流行当前仍然威胁着全球公共卫生安全。本研究主要利用小角中子散射结合X射线散射技术，研究MERS-CoV和SARS-CoV-2 Nsp13解旋酶的溶液构象及其与核酸分子在溶液中的相互作用。成功获得了Nsp13蛋白质和核酸分子在溶液中的低分辨结构；揭示了Nsp13分子在溶液中的结构柔性特征，尤其是Nsp13 1B结构域极为灵活；观测到溶液中加入核酸分子能够诱导Nsp13蛋白质溶液结构发生改变；解析获得了新冠病毒核酸序列片段中形成的G四链体结构，并分析得到不同药物小分子对于G四链体结构的影响。Nsp13蛋白高度灵活的1B结构域，帮助其与核酸的结合，并可能在与核酸的相互作用中扮演重要角色。柔性的Nsp13蛋白可以具有不同的构象，构象的改变可能是其“捕获”病毒RNA的关键步骤。研究结果为探究Nsp13蛋白在病毒复制过程中的生物学功能机制提供了实验依据，也为抗病毒药物研发提供参考。本研究还表明小角中子散射和小角X射线散射技术能够在蛋白质等生物大分子溶液结构研究中发挥重要作用，可为后续类似研究提供经验参考。