疱疹病毒新型毒力蛋白ORF10的结构与功能研究

To establish a persistent infection efficiently, viruses have evolved a number of strategies to avoid immune response. One pattern is that viruses encode multiple virulent proteins, and destroy host signaling pathways to escape the host immune response. ORF10, a newly identified virulent protein derived from Kaposi's sarcoma-associated herpes virus (KSHV) and murine gamma herpes virus 68 (MHV-68), selectively inhibits nuclear export of host messenger RNAs by interfering with the function of Nup98 and Rae1 in nuclear transport, then restrict the expression of host genes and promote their optimal replication and infection. ORF10 does not compete for RNA binding to Rae1. However, How Rae1 functions in mRNA export and how ORF10 protein targets both Rae1 and Nup98 are not understood at the molecular level, the mechanism of ORF10 inhibiting nuclear export of mRNAs is still unclear. This project aims to carry out the structural and function studies of ORF10-Rae1-Nup98 , Rae1-Nup98-RNA and ORF10-Rae1-Nup98-RNA complex, to reveal the interaction between ORF10, Rae1, Nup98 and RNA, and the mechanism of ORF10 inhibiting nuclear export of mRNAs, at the same time, providing basis for the research and development of anti-infective drugs.

病毒为建立持续有效的感染，已进化出多种策略逃避宿主细胞的免疫反应。一种方式为病毒将编码多种毒力蛋白，破坏宿主的信号调节通路，借以逃脱宿主的免疫应答。来源于γ疱疹病毒卡波西肉瘤相关疱疹病毒（KSHV）和小鼠γ疱疹病毒68（MHV-68）的新鉴定毒力蛋白ORF10，通过干扰mRNA出核过程中核孔蛋白Nup98及出核因子Rae1的功能，选择性抑制宿主mRNA出核，促进自身的复制感染。ORF10并不是通过与mRNA竞争Rae1的结合抑制mRNA输出。目前对于Rae1如何在mRNA输出中起作用以及ORF10蛋白如何靶向Rae1和Nup98抑制mRNA出核的分子机制尚不清楚。本项目通过对ORF10-Rae1-Nup98、ORF10-Rae1-Nup98-RNA等复合物开展结构与功能研究，揭示三种蛋白及RNA之间的互作方式，及ORF10选择性抑制mRNA出核的机制，并为抗感染药物的研究和开发提供依据。

病毒在与宿主长期的博弈过程中，进化出了多种机制来对抗和逃避宿主的抗病毒反应。其中，通过干预宿主的mRNA出核转运过程，进而阻止宿主细胞建立合适的抗病毒环境，是其中的一个重要策略。2016年的一项研究发现，γ疱疹病毒（如卡波西肉瘤相关病毒KSHV和鼠γ疱疹病毒MHV68）编码的ORF10蛋白，可以通过与宿主mRNA转运复合物Rae1-Nup98相互作用，特异性抑制部分宿主mRNA的出核转运。值得一提的是，ORF10是疱疹病毒中第一个被发现可以抑制宿主mRNA出核转运的毒力蛋白，也是目前报道的第一个能选择性抑制特定mRNA转运的病毒蛋白。该研究综合运用生物化学、结构生物学及细胞生物学手段，首先成功解析了ORF10-Rae1-Nup98三元复合物2.5Å高分辨率的晶体结构，确认了γ疱疹病毒ORF10与宿主mRNA转运复合物Rae1-Nup98两个重要的互作界面及关键氨基酸，发现了ORF10直接结合RNA的能力及其对抑制宿主功能的重要性。另外，此项工作还意外发现，完全不同的病毒蛋白（如γ疱疹病毒的ORF10蛋白和水疱性口炎病毒的M蛋白）都可以结合到Rae1-Nup98的RNA结合口袋，这提示了该位点的重要性，通过对ORF10表面的正电荷聚集区进行系统突变，确定了其结合RNA的位点，并发现ORF10与RNA的互作对其发挥抑制mRNA出核转运的功能非常关键。该发现为设计新的抗病毒疗法提供了思路。