非洲猪流感病毒DNA修复蛋白的结构基础与功能机制研究

African swine fever virus (ASFV) is a contagious DNA virus and can cause highly lethal disease in both domestic pigs and wild boars. Though it has been studied for almost 100 years, no any useful diagnosis method and treatment has been developed. Recent years, the virus has been spread into many different countries in the world and is turning into a global threat. The genome of ASFV encodes three DNA repair proteins (including AsfvAP endonuclease, repair DNA polymerase AsfvPolX, and DNA ligase AsfvLIG), which form one complete base excision repair (BER) pathway. In addition to the maintenance of genome stability, BER pathway also plays very important roles in the strategic mutagenesis and quick genotype formation of ASFV. Previous, we solved the AsfvPolX structure, which revealed one unique 5’-P binding pocket that is critical for the function of AsfvPolX. In this proposal, we will focus on the studies of AsfvAP and AsfvLIG. Besides the detailed catalytic mechanisms, we also aim to reveal the unique structural features of these two proteins. This study will not only advance our understanding on the function of ASFV BER pathway, it will also provide structural basis for the development of diagnosis reagents and therapeutic drugs against ASFV.

非洲猪流感病毒（ASFV）是一种强传染性DNA病毒，能够导致受感染猪的高度死亡。尽管已研究了近100年，还没有任何有效的ASFV检测和治疗方法被报道。近年来，ASFV已扩散到很多国家和地区，并形成了一种全球性的威胁。ASFV基因组编码了三个DNA修复蛋白（包括剪切酶AsfvAP, 聚合酶AsfvPolX和连接酶AsfvLIG），构成了一条完整的BER通路。除了维持基因组的完整性外，BER通路在ASFV的系统性突变以及不同基因型的快速形成过程中也发挥了关键作用。申请人前期解析了AsfvPolX的结构，发现AsfvPolX独特的5’-P结合位点对其功能十分关键（Plos Biology, 2017）。本项目将对AsfvAP和AsfvLIG展开研究，了解其具体的催化机理并揭示其独特的结构特征。这些研究不仅会加深我们对ASFV BER通路的全面理解，也会为ASFV疾病的诊断和药物设计提供新的靶点。

非洲猪流感病毒（African swine fever virus, ASFV）为双链DNA 病毒，归属于Asfivirus 属，是目前仅知的Asfarviridae 家族病毒。ASFV 病毒的传染性非常强，致死率也十分高，可导致受感染猪的高度死亡。自发现之日起，ASFV 病毒便吸引了众多研究人员的关注。然而，尽管已经被研究了100 多年，目前为止还是没有有效的ASFV疫苗和治疗手段被报道。ASFV 病毒主要在猪的单核巨噬细胞中复制，其基因组受到巨噬细胞强氧化环境的持续损伤。ASFV的Base excision repair (BER) 修复通路可以有效地修复DNA损伤，对ASFV在宿主细胞中的复制至关重要。ASFV BER通路由三个蛋白组成，包括DNA 剪切酶AsfvAP, DNA 合成酶AsfvPolX 以及DNA 连接酶AsfvLIG。前期我们解析了AsfvPolX与DNA复合物的结构，发现AsfvPolX独特的5’-P结合位点对其功能十分关键（Plos Biology, 2017）。本项目中，我们通过晶体学的方法，解析了AsfvAP与DNA产物复合物的结构，发现AsfvAP采用了一种新型的DNA结合模式。另外，AsfvAP具有多个特异性的结构特征，包括狭窄的核苷酸结合口袋、C16-C20二硫键以及富含组氨酸的loop等，这些特征对AsfvAP适应酸性及氧化环境至关重要。我们同样解析了AsfvLIG与DNA底物及产物复合物的结构，显示了AsfvLIG的N-端为一个新型的DNA结合结构域，对AsfvLIG结合底物DNA十分重要。定点突变以及体外结合和催化活性测试显示活性位点附近的氨基酸（包括AD结构域的Asn153和Leu211、OB结构域的Leu402和Gln403）对AsfvLIG的催化活性至关重要。这些特异性的结构特征为抑制DNA修复、对抗ASFV感染的小分子设计提供了结构基础。