HIV融合蛋白M-T钩子的结构与功能研究

During HIV infection, N- and C-terminal heptad-repeat regions (NHR and CHR) of the fusion protein gp41 fold into a stable six-helix bundle (6-HB) core structure that pulls viral and cellular membranes into proximity for fusion. The membrane fusion is a key step for viral infection and can serve as an important drug target. HIV fusion inhibitors block 6-HB formation by competitive binding to the NHR or CHR and thus inhibit viral cell entry. We have recently found that residues Met626 and Thr627, located immediately at the upstream region of the gp41 CHR, form a unique hook-like structure (designated M-T hook) stabilizing the 6-HB conformation. In this proposal, we will focus to characterize the M-T hook for its structure and function, including its roles for HIV infectivity, and the expresion and processing of viral envelope,and the formation of 6-HB core and structural basis, as well as its application in designing of HIV fusion inhibitors. This study will provide important information for exploring the structure and function of gp41, mechanism of viral membrane fusion, and for developing novel anti-HIV drugs.

在HIV感染过程中，融合蛋白gp41的N端和C端螺旋重复序列（NHR和CHR）反向折叠形成六螺旋束（6-HB）核心结构，从而拉近病毒膜和细胞膜进行融合。膜融合是HIV感染的关键环节,也是极其重要的药物靶点。 HIV融合抑制剂通过竞争结合NHR或CHR而阻断6-HB的形成,从而抑制病毒进入靶细胞。我们最近发现，紧邻CHR的上游氨基酸残基Met626和Thr627形成一个独特的"钩子"样结构(命名为M-T 钩子)而起到稳定6-HB的作用。本申请拟对M-T钩子的结构与功能关系进行深入系统的研究，包括M-T钩子与HIV的感染性及包膜蛋白表达和加工的关系、M-T钩子对6-HB核心结构形成的影响和结构生物学基础、以及M-T钩子在HIV膜融合抑制剂设计中的应用。本课题对探索HIV包膜蛋白的结构与功能、膜融合机制以及研发新型艾滋病药物都具有重要的科学意义和应用价值

我们前期发现HIV-1融合蛋白gp41紧邻CHR的氨基酸残基Met626和Thr627形成一个独特的“钩子”样结构(命名为M-T 钩子)。本课题对M-T钩子的结构与功能关系进行深入系统的研究，包括M-T钩子与包膜蛋白的表达及病毒感染性的关系、M-T钩子对6-HB核心结构形成的影响和结构生物学基础、以及M-T钩子在HIV膜融合抑制剂设计中的应用。本课题采用突变分析明确了HIV gp41融合蛋白M-T钩子结构在包膜蛋白表达加工、以及病毒融合和进入中的重要作用；发现M-T钩子结构在融合蛋白核心结构(6-HB)的形成和稳定性中起到重要作用；发现M-T钩子结构对HIV膜融合抑制剂的设计极其重要，可以显著提高抑制剂与靶点的结合稳定性和抗病毒活性；确证M-T钩子结构有助于提高HIV膜融合抑制剂对T-20临床耐药突变毒株的活性；更为重要的是，发现和确证M-T钩子结构能够显著提高HIV膜融合抑制剂的基因耐药屏障；通过相互作用研究鉴定了位于紧邻gp41口袋区的亚口袋结构及功能。基于对gp41结构与功能的新认识，设计了基于短肽HIV膜融合抑制剂，其对HIV-1、HIV-2和SIV均具有极高的抗病毒活性。基于本课题的研究成果在国际著名期刊发表学术论文13篇，申请获得发明专利项。研究成果对探索HIV包膜蛋白的结构与功能、膜融合机制以及研发新型艾滋病药物都具有重要的科学意义和应用价值。