对虾白斑综合症病毒胸苷激酶-胸苷酸激酶嵌合蛋白的分子特性探究

White Spot Syndrome Virus (WSSV) is a significant pathogen in shrimp aquaculture, while its molecular pathogenesis is unclear yet. Since viral proteins play essential roles in viral infection, molecular characterization of these viral proteins is a key step to understand the viral pathogenesis. This virus contains a relatively complete thymidylate synthesis pathway. The chimeric protein of thymine kinase (TK) and thymidylate kinase (TMK) encoded by wsv395 is a key enzyme in this pathway. Fusion of TK and TMK into one polypeptide is a unique phenomenon in WSSV. Moreover, WSSV TMK possesses unusual dual catalytic functionality. Until now, the 3D structure of WSSV TK-TMK chimeric protein is not determined and its molecular characterization is not well studied yet. In this project, we are going to investigate the molecular characteristics of WSSV TK-TMK, via the methods such as structural determination, site-directed mutagenesis, enzymatic assay and molecular interaction measurement. We intend to elucidate the structural basis for the dual catalytic functionality of WSSV TMK, reveal the interaction between the TK and TMK domains in the chimeric state and the effect of the interaction on their respective functionalities. Our results will give insight into the features of WSSV thymidylate metabolism and also provide detailed and accurate structural information to facilitate antiviral design targeting WSSV TK-TMK, which is important to WSSV prevention and treatment.

对虾白斑综合症病毒（WSSV）是对虾养殖业的重要病原，其致病的分子机制尚不清楚。病毒蛋白是病毒感染的执行者，阐明病毒蛋白的分子特性是了解病毒致病机制的一个重要环节。该病毒具有一个相对完整的胸苷酸合成途径，其中wsv395编码的胸苷激酶（TK)-胸苷酸激酶(TMK）嵌合蛋白是该途径上的一个关键酶。这种嵌合形式是WSSV独有的，而且其TMK功能域具有不同寻常的双重催化功能，目前该蛋白结构尚未解析，分子特性研究也不充分。本项目拟通过结构生物学、定点突变、酶活实验及分子相互作用测定等手段，深入研究病毒TK-TMK嵌合蛋白的分子特性，阐明TMK具有双重催化功能的结构基础，确定嵌合状态下TK与TMK之间的相互作用关系以及对它们各自催化功能的调节。本研究将为我们了解WSSV的胸苷酸代谢特点提供分子基础，并为以TK-TMK为靶点的抗病毒药物设计提供全面准确的结构信息，对WSSV防治有重要意义。

白斑综合征病毒（white spot syndrome virus, WSSV）是造成对虾养殖业巨大经济损失的致命病原体之一，迄今没有有效的防治方法。WSSV特有的胸苷激酶-胸苷酸激酶嵌合蛋白（TK-TMK）是病毒胸苷酸合成途径的关键酶，也是病毒DNA复制和病毒增殖所必需的酶，因而可作为抗病毒感染药物的重要靶点。然而WSSV TK-TMK蛋白的三维结构仍然未知，阻碍了靶向该蛋白的抗病毒药物设计。本项目利用结构生物学、酶学和分子生物学等多学科手段，实现了WSSV TK-TMK及其两个功能域蛋白的可溶性重组表达，发现了TMK功能域具有催化底物多样性的特点，解析了TMK功能域与多种配体的复合物三维结构，并揭示了蛋白结构与催化特性之间的重要关系，为以WSSV TK-TMK为靶点的抗病毒药物设计提供了准确的结构信息。此外，我们还解析了WSSV宿主对虾TMK的结构信息，比较发现了对虾TMK在聚合形式和活性位点上与WSSV TMK存在显著的结构差异，为设计低宿主毒性、高病毒特异性的抗病毒抑制剂奠定了重要基础。总之，在本项目的资助下，我们发现了不同物种TMK的结构多样性，以及WSSV有别于宿主对虾同源蛋白的重要结构特征，对特异性防治对虾白斑病及保障对虾养殖业的可持续发展具有十分重要的意义。