乙型脑炎病毒非结构蛋白NS5的晶体结构研究

The Flavivirus genus of the Flaviviridae family includes important arboviruses such as dengue, West Nile, and Japanese encephalitis (JEV) viruses. The virally encoded non-structural protein NS5 is the only natural fusion of a methyltransferase (MTase) and an RNA-dependent RNA polymerase (RdRP). Currently, the interactions and cooperativity between MTase and RdRP remain elusive, and the understandings on RdRP-RNA interactions are relatively limited. In recent years, numerous crystal structures of flavivirus MTase and RdRP as individual enzymes were solved. However, NS5 as an integral protein still awaits high resolution structural information. Using JEV NS5, we recently solved the first high resolution crystal structure of integral NS5 (unpublished data). Building on this new structure, we seek to systematically investigate other possible function-related conformations of JEV NS5 and RdRP-RNA interactions using X-ray crystallography as the primary tool. Our work aims at the in-depth understanding of the interactions and cooperation between the MTase and RdRP, and the mechanistic dissection of viral RNA replication, thus providing new structural basis for antiviral drug development targeting flavivirus NS5.

黄病毒科的黄病毒属包括登革、西尼罗、乙型脑炎（JEV）等重要虫媒病毒。该属病毒编码的重要非结构蛋白NS5，是所有病毒体系中唯一的甲基转移酶（MTase）与依赖RNA的RNA聚合酶（RdRP）的天然融合体。目前NS5相关研究中MTase与RdRP如何相互作用以及两者是否存在协同关系均不明确，RdRP与基因组RNA的相互作用亦不清晰。近年来MTase和RdRP的晶体结构已分别解析，但NS5整体蛋白以及RdRP-RNA复合物这两种重要晶体结构一直未有报道。最近我们以JEV NS5为研究对象首次解析了NS5整体蛋白的高分辨率晶体结构（尚未发表）。本项目将以此为基础，以X射线晶体学为主要手段，解析NS5整体蛋白其他构象以及RdRP-RNA复合物的晶体结构，探索MTase与RdRP可能存在的多种互作模式和功能上的协同，剖析RdRP实现RNA复制的分子机理，为针对NS5的抗病毒药物开发提供新的结构基础。

黄病毒科的黄病毒属包括登革（DENV）、西尼罗、乙型脑炎（JEV）、寨卡等重要蚊传病毒和鄂木斯克出血热、蜱传脑炎等高致病性蜱传病毒，可引起人类脑炎、出血热等严重疾病，对人类健康构成重大威胁。该属病毒编码的重要非结构蛋白NS5是非常独特的甲基转移酶（MTase）和依赖RNA的RNA聚合酶（RdRP）的天然融合体，在病毒基因组RNA加帽和复制过程中发挥关键作用，然而MTase和RdRP之间的协同作用机制尚不清晰。本项目以JEV和DENV等的NS5为主要研究对象，在项目主持人前期解析JEV NS5全长晶体结构的基础上，利用生化和病毒学方法针对晶体结构所揭示的MTase-RdRP分子内保守相互作用进行了功能验证，证实了该相互作用对病毒复制的重要性和对RdRP酶功能的相关性。进而通过解析DENV NS5的晶体结构证实了目前已报道的两类NS5整体构象在黄病毒属NS5中具有保守性，并通过酶学实验发现这两类构象与聚合酶催化功能相关性存在显著差异。通过本项目的实施，较好地完成了项目的主要研究内容，实现了主要研究目标，为深入揭示黄病毒NS5的构象功能关系做出了重要贡献。