生物物理所揭示抗病毒蛋白ZAP活性區(qū)域的晶體結(jié)構(gòu)與功能

annel2016

生物物理所揭示抗病毒蛋白ZAP活性區(qū)域的晶體結(jié)構(gòu)與功能

3月11日，國際著名期刊Nature Structural & Molecular Biology發(fā)表了中國科學(xué)院生物物理研究所劉迎芳研究組和高光俠研究組合作完成的研究成果——抗病毒蛋白ZAP活性區(qū)域的晶體結(jié)構(gòu)與功能研究（Structure of N-terminal domain of ZAP indicates how a zinc-finger protein recognizes complex RNA）。

ZAP（Zinc finger Antiviral Protein）是2002年發(fā)現(xiàn)的具有抗病毒活性的宿主細(xì)胞限制性因子，從細(xì)胞中分離得到的ZAP蛋白在體內(nèi)可以顯著抑制特定病毒在宿主細(xì)胞中的復(fù)制，包括對人類健康造成重大威脅的艾滋病病毒（HIV-1）、埃博拉病毒（Ebola virus）等，但是不抑制流感病毒。同時(shí)，ZAP蛋白在天然免疫干擾素途徑激活過程中扮演著重要角色。研究表明，ZAP蛋白通過其N端結(jié)構(gòu)域是抗病毒活性的主要區(qū)域，該區(qū)域能結(jié)合病毒mRNA并招募核酸外切酶復(fù)合物，行使從3’到5’降解病毒mRNA的功能。另外，在對ZAP蛋白在天然免疫信號(hào)通路中所起作用的研究也表明，ZAP蛋白N端結(jié)構(gòu)域?qū)τ谄浣Y(jié)合并激活RIG-I蛋白具有決定作用。目前發(fā)現(xiàn)的ZAP能夠識(shí)別并抑制的病毒mRNA都很大，長度超過500個(gè)核苷酸殘基；該核酸縮短可能導(dǎo)致不再被ZAP抑制。

長期以來，研究人員在抗病毒蛋白ZAP的功能研究過程中一直存有一些疑問：僅僅由254個(gè)氨基酸組成N端結(jié)構(gòu)域如何在抗病毒過程中發(fā)揮作用的？ZAP蛋白N端結(jié)構(gòu)域的鋅指結(jié)構(gòu)具有怎么樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從而可以特異性識(shí)別較大分子量的病毒RNA？病毒RNA可能具有什么特性可以被ZAP特異性識(shí)別并抑制？基于以上問題，生物物理所研究人員開展了ZAP蛋白N端結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究。

通過對ZAP蛋白活性區(qū)域的晶體結(jié)構(gòu)測定工作，該研究首次揭示了一種同時(shí)含有四個(gè)CCCH類型鋅指結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子三維結(jié)構(gòu)，為ZAP蛋白特異識(shí)別病毒RNA分子并發(fā)揮其抗病毒活性提供了準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；通過一系列體內(nèi)抗病毒實(shí)驗(yàn)以及體外與病毒RNA的結(jié)合實(shí)驗(yàn)，對ZAP蛋白N端結(jié)構(gòu)域重要的RNA結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行了驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了ZAP蛋白表面含有一個(gè)由四個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)構(gòu)成的面積約300平方埃的、三維的特異性結(jié)合病毒RNA的區(qū)域；通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了ZAP蛋白分子氨基端存在分子間相互作用，這種相互作用會(huì)促使ZAP蛋白在體內(nèi)抗病毒過程中以二體形式識(shí)別并結(jié)合病毒RNA，這對抗病毒活性中起決定作用。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)ZAP能夠識(shí)別并抑制的RNA不僅可能存在特殊的高級(jí)結(jié)構(gòu)，而且還含有兩個(gè)ZAP結(jié)合區(qū)域，這就解釋了為什么ZAP靶RNA都非常大。

研究過程中，科研人員克服了ZAP蛋白容易發(fā)生沉淀及不結(jié)晶等障礙，從而完成了一系列后續(xù)工作。

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