小分子探针破坏Vif-APOBEC3G蛋白复合物作用机理的研究

Host protein APOBEC3G（A3G）is a potent restriction factor to HIV-1 virus by destroying viral DNA replication process. The viral protein Vif abolishes A3G function and the host innate immune system via Vif-A3G complex, in which it mediates the degradation of A3G in an ubiquitin pathway. Vif-A3G complex takes important roles in studies of host-virus interactions and development of new anti-HIV small molecules. The key challenge for these studies is the lack of potent small molecule probes with elucidated mechanism. Our previous studies identified compound ZBMA1104 that could abolish Vif-A3G complex efficiently and had strong activity to inhibit HIV-1 replication. We will study the binding site and the working mechanism of compound ZBMA1104 by designing and synthesizing functionalized small molecule probes, together with methods in biological mass spectrometry, biophysics and biochemistry. Our studies will afford good small molecule probes and solid basis to further study the host-virus interactions.

宿主细胞的APOBEC3G（A3G）蛋白能够破坏逆转录病毒DNA的复制，具有极强的抗HIV-1病毒的活性。HIV-1病毒的Vif蛋白能够结合A3G蛋白，形成Vif-A3G蛋白复合物，介导A3G蛋白的泛素化降解，破坏宿主的天然免疫功能。目前Vif-A3G蛋白复合物是研究宿主与病毒相互作用的重要研究对象和开发抗HIV-1病毒小分子化合物的重要靶点。 缺少高活性和作用机理明确的Vif-A3G蛋白复合物小分子探针是这一研究领域的关键问题。我们前期工作中发现了具有极高破坏Vif-A3G蛋白复合物活性和抑制HIV-1病毒活性的化合物ZBMA1104。本项目将以此为基础，设计合成多种官能团化的小分子探针，结合定量生物质谱，生物物理和生物化学方法，阐明化合物ZBMA1104的针对Vif-A3G蛋白复合物的结合位点及其作用机理，为深入理解宿主与病毒相互作用提供优秀工具化合物和研究基础。

一、.项目的背景. 宿主细胞的APOBEC3G（A3G）蛋白具有极强的抗HIV-1病毒的活性，然而HIV-1病毒的Vif蛋白能够与之形成Vif-A3G蛋白复合物，介导A3G蛋白的泛素化降解，破坏宿主的天然免疫功能。但是目前对Vif-A3G蛋白复合物的确切作用机制以及对现有的Vif-A3G抑制剂的作用机理仍不清楚。我们前期工作中发现了具有极高破坏Vif-A3G蛋白复合物活性和抑制HIV-1病毒活性的化合物ZBMA1104。本项目以ZBMA1104为基础，设计合成了小分子探针，发现了Vif-A3G蛋白复合物成员Cul5上的关键氨基酸和相应的抑制剂结合位点。.二、.主要研究内容. 1..本项目基于ZBMA1104合成了5个带有光交联基团和点击化学基团的探针化合物，其中一个探针化合物具有较强的抗HIV-1病毒复制活性。. 2..本项目利用捕获富集了探针化合物结合的蛋白，经生物质谱定性定量鉴定到了多个相关蛋白，并获得了化合物与Vif-A3G蛋白成员结合位点的氨基酸残基信息。. 3..本项目利用免疫共沉淀和点突变技术，在HIV-1感染的细胞模型上验证了上述蛋白和结合位点的氨基酸残基，发现了Cul5蛋白上的关键氨基酸残基。.三、.重要结果. 本项目发现Vif-A3G蛋白复合物的成员蛋白Cul5对其功能起到关键作用，揭示Cul5的多个半胱氨酸残基与相关抑制剂产生关键相互作用。本项目还发现如何设计合成基于ZBMA1104分子的小分子探针来研究Vif-A3G蛋白复合物的作用机制。.四、.关键数据及其科学意义. 针对Vif-A3G蛋白复合物中Cul5蛋白的这些氨基酸残基有可能找到新抑制剂的有效结合靶点。进一步研究这些关键氨基酸残基产生的结合界面有助于阐明Vif-A3G蛋白动态形成，行使功能和解散的机制。