基于对虾白斑综合症病毒dUTPase结构的抑制剂设计及抗病毒活性研究

White Spot Syndrome Virus (WSSV) is one of the main pathogens of shrimp farming industry, with no effective control methods available so far. The development of potent and low toxicity antiviral drugs targeting key viral proteins is an important measure for WSSV prevention and treatment. WSSV encodes a dUTPase, which hydrolyzes dUTP to dUMP and pyrophosphate. The enzyme prevents dUTP misincorporation into DNA, maintaining the viral genome stability, and thus serves an ideal antiviral target. However, its three-dimensional structure has not yet been solved, which hinders the antiviral design targeting this enzyme. The project intends to determine WSSV and shrimp dUTPase crystal structures, providing complete and accurate structure information to facilitate drug design activity. We also intend to use structure-based drug design approach to design specific WSSV dUTPase inhibitors，and further evaluate their antiviral activity, providing a basis to develop potent and low toxicity anti-WSSV drugs. The project is important for treating WSSV, contributing to the healthy and sustainable development of China's shrimp farming industry. Furthermore, the project introduces structure-based drug design approach, providing a new means in modern fishery drug development.

对虾白斑综合症病毒（WSSV）是我国对虾养殖业的主要病原之一，迄今还没有有效的防治方法，以病毒关键蛋白为靶点研发高效低毒的抗病毒药物是WSSV防治的一个重要途径。WSSV编码dUTPase，该酶水解dUTP为dUMP和焦磷酸，从而防止dUTP错误掺入DNA中，对保证病毒基因组的稳定性有重要作用，是理想的抗病毒药物靶点。然而，它的三维结构至今尚未得到解析，阻碍了以其为靶点的抗病毒药物设计。本项目拟解析WSSV和对虾dUTPase的晶体结构，为以WSSV dUTPase为靶点的药物设计提供全面准确的结构信息；还将通过基于结构的药物设计方法设计WSSV dUTPase的特异性抑制剂，评价其抗病毒活性，为研发高效低毒的抗WSSV病毒药物提供前期基础。本项目的研究内容对防治WSSV和保障我国对虾养殖业的健康持续发展有重要意义，而且，本项目引入基于结构的药物设计方法，为现代渔药的研发提供了新手段。

白斑综合症病毒（WSSV）是感染对虾的主要病原之一，该病毒引起的白斑综合症具有发病急、传播快和致死率高的特点，给对虾养殖业造成了巨大的经济损失，也给对虾种质资源造成潜在威胁，然而迄今仍缺少有效的防治方法。目前病毒类疾病防治的一个重要途径，是以病毒快速增殖所需的关键蛋白为药物靶点，研发高效低毒的抗病毒药物。dUTPase在病毒DNA合成过程中发挥重要作用，因而一直是潜在的病毒药物设计靶点。本项目主要围绕WSSV和宿主凡纳滨对虾dUTPase开展蛋白结构、功能和抑制剂相关研究。首次解析了WSSV和对虾dUTPase的晶体结构，发现二者存在显著的结构差异。WSSV dUTPase因一段额外序列的插入，使其每个活性位点仅由两亚基构成，这与dUTPase活性位点由三亚基共同贡献的常识相悖，首次为dUTPase家族中存在两亚基活性位点的新类型提供了坚实的结构证据。与WSSV dUTPase不同，对虾dUTPase的活性位点由三亚基共同构成，属dUTPase经典类型；并且对虾dUTPase呈现出以前未发现的构象特征，或为真核dUTPase活性位点间的协同假说提供证据。WSSV和对虾dUTPase的这些新颖的结构特征不仅扩展了人们对dUTPase三聚体家族结构多样性的认知，也为以WSSV dUTPase作为靶点的特异性抗病毒药物开发提供了结构基础。基于二者结构的不同，本项目进一步分析比较了WSSV和对虾dUTPase受各类抑制剂作用的影响，发现二者对抑制剂的敏感性差别显著。其中WSSV和对虾dUTPase与广谱蛋白类抑制剂STL均有相互作用，但结合方式不同，且只有对虾dUTPase受到STL的抑制作用。此外，WSSV和对虾dUTPase活性受到小分子抑制剂的影响也有显著差异，进一步支持了开发WSSV dUTPase特异性抑制剂的可行性。