NS3蛋白N末端α螺旋结构参与HCV病毒颗粒组装的机制研究

Hepatitis c virus (HCV) is an important human pathogen that causes hepatitis, liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma. The processes of virus entry, viral genome replication, virion assembly and release have been a major research focus in the HCV field. Both virus-encoded structural and non-structural proteins contribute to HCV virion assembly and release, but molecular mechanisms remain elusive. HCV non-structural protein NS3 possesses serine protease and helicase activities. Its protease, located in the one third of N-terminus of NS3, is responsible for cleaving and processing HCV polyprotein, as well as antagonizing host innate immune response; its helicase, located in the two thirds of C-terminus of NS3, is essential for HCV RNA genome replication and production of infectious viral particles. Our recent studies suggest that the alpha helix (denoted α0) at the most N-terminal of NS3 protein not only determines the subcellular localization and stability of NS3 protein, but may also be involved in the HCV virion assembly. This is the first report that the helix α0 domain participates in HCV virion assembly. In this grant proposal, we will investigate how the NS3 helix α0 domain contributes to the assembly of HCV viral particles and explore the role of NS3 protein in this process.

丙肝病毒（HCV）感染能导致肝炎、肝硬化和肝癌，是重要的人类病原体。HCV侵入宿主细胞的过程、病毒基因组的复制和病毒颗粒的组装输出一直是领域内研究的热点。HCV编码的结构蛋白和非结构蛋白均参与了病毒的组装和输出，但具体的分子机制还不清楚。HCV非结构蛋白NS3具有丝氨酸蛋白酶和解旋酶活性，其中蛋白酶位于NS3的前1/3区域，负责病毒前体蛋白的剪切和成熟，以及拮抗宿主的天然免疫反应；其解旋酶位于NS3的后2/3区域，对于病毒基因组的复制和感染性病毒颗粒的产生非常关键。我们最近的研究结果表明，NS3蛋白N末端α螺旋结构（α0）不但决定了NS3蛋白亚细胞定位和蛋白稳定性，还可能参与了病毒颗粒的组装。这是首次发现NS3的α0结构域和HCV的组装有关。本课题将在前期工作的基础上，研究α0结构域参与HCV组装的分子机制，进一步认识NS3蛋白在HCV组装中所发挥的作用。

丙型肝炎病毒（HCV）是一种黄病毒科的包膜正链RNA病毒。HCV造成了全球约1.7亿例的慢性感染病例，这些慢性感染可进一步发展为肝硬化和肝癌。近年上市的新型直接抗病毒药物由于其昂贵的价格和潜在的抗药性，在世界范围的应用依然受限。此外，由于缺乏HCV的针对性疫苗，新发感染仍时有发生，在高风险人群中更是频繁。为了更好地了解HCV生物和病理学特性，也为了最终地消灭该病毒，对HCV生活周期的持续研究必不可少。HCV组装涉及了众多病毒和宿主因子，其过程十分复杂，尚未被完全揭示。HCV的NS3蛋白包含多种功能，其氮端的双亲性α螺旋（即螺旋α0）对维持NS3的膜结合和蛋白稳定至关重要，其后是丝氨酸蛋白酶结构域以及碳端的解旋酶/三磷酸核苷水解酶结构域。已发现能提高病毒组装效率的突变均位于解旋酶结构域内，因此 NS3参与组装的功能很可能是与其碳端解旋酶结构域相关。我们的前期研究发现了一个位于NS3螺旋α0上的突变M21T（NS3第21位由蛋氨酸突变为苏氨酸），该突变能够显著提升病毒的产量。在本研究中，我们探索了M21T提高病毒产量的可能分子机制。本研究发现，M21T不影响NS3蛋白的膜结合和蛋白酶活性。进一步分析病毒生活周期，我们发现M21T不影响HCV病毒基因组的复制，但能提升病毒组装的效率。进一步的研究表明M21T能够使core蛋白的亚细胞定位从脂滴更多的转移到内质网上。最终我们发现M21T增强了核心蛋白core和病毒包膜蛋白的共定位，从而显著促进了病毒核衣壳的膜包被过程。综上所述，本研究首次在NS3氮端的螺旋α0上发现了一个能够促进病毒产生的适应性突变。该成果揭示了螺旋α0在HCV生活周期中可能存在的全新功能，对于研究NS3在HCV组装过程中的作用方式提供了崭新线索。