研究揭示黄病毒科NS3蛋白酶解旋酶协同作用新机制

　　目前已知的RNA病毒的基因组长度均不超过35kb，编码容量非常有限。因此包含一个以上功能域的蛋白在这类病毒中较为常见，黄病毒科NS3蛋白即为丝氨酸蛋白酶和超家族二解旋酶的天然融合体，在病毒多聚蛋白酶解和基因组复制这两个重要过程中发挥关键作用，其两个功能域之间的协同作用机制尚不清晰。

　　中国科学院武汉病毒研究所研究员龚鹏课题组长期从事以聚合酶为核心的RNA病毒复制关键酶类的催化与调控机制研究，2013年10月起与武汉大学教授潘兹书课题组建立合作关系，共同研究黄病毒科瘟病毒属代表种猪瘟病毒（Classical swine fever virus, CSFV）的NS5B聚合酶与NS3蛋白酶-解旋酶的功能机制。2015年和2017年，猪瘟病毒NS3解旋酶和全长晶体结构先后报道，但结构中并未发现蛋白酶与解旋酶形成的分子内关键相互作用。近期，该合作团队解析了一种新的“关闭式”构象的NS3全长晶体结构（PDB号：5WX1），结构中蛋白酶与解旋酶形成了由三个相互作用簇构成的面积达2200平方埃的分子内作用界面，首次发现了瘟病毒NS3可采取一种和蛋白酶顺式切割相关的构象（图中上方构象），明确与反式切割（图中下方构象）不兼容。团队对此关闭式构象的生物学相关性进行了体外酶学验证，发现这一构象具有最优的解旋酶活性，通过点突变扰动该构象可导致解旋酶活性大幅降低。进一步通过在全长病毒水平的测试发现对上述三个相互作用簇的扰动均可不同程度地影响病毒滴度和病毒噬斑形成及尺寸，验证了晶体结构所揭示的关闭式构象对病毒复制的重要性。

　　黄病毒科NS3不仅自身具有功能多样性，还直接参与调控病毒聚合酶的功能，研究成果不仅为全面阐释NS3的功能提供了重要依据，也为进一步研究NS3与NS5B聚合酶的分子间调控机制奠定了基础。此项合作研究受到科技部973项目“重要病毒转录复制蛋白复合体的结构功能研究”和数项国家自然科学基金面上项目的支持。潘兹书课题组的博士研究生郑峰伟和龚鹏课题组的助理研究员逯国亮为论文的并列第一作者。

　　相关论文在Journal of Virology上在线发表。

图：猪瘟病毒NS3蛋白酶-解旋酶协同作用模式图。上方的关闭式构象为本项研究解析的晶体结构所揭示，模拟蛋白酶（Pro）顺式切割NS3-NS4A连接点后的状态，具有最优的解旋酶（Hel）活性。该构象需转换为开放式构象（下方）后方可实现反式切割，但解旋酶活性随之降低。