寨卡病毒解旋酶的结构与功能研究

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1、寨卡病毒解旋酶的结构与功能研究StructuralandFunctionalStudiesofZikaVirusHelicase专业：生物学作者姓名：田宏亮指导教师：饶子和院士杨海涛教授天津大学生命科学学院二零一七年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了

2、谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要近期在南美和拉丁美洲爆发了严重的寨卡疫情。寨卡病毒感染将会引起新生儿小头畸形，在国际范围对公共卫生健康造成了巨大的

3、威胁。目前尚没有针对寨卡病毒的特效药物和有效疫苗。寨卡病毒解旋酶在病毒RNA复制中起关键作用，是重要的药物靶点，然而目前科学界对寨卡病解旋酶的相关研究知之甚少。因此，我们通过分子生物学、结构生物学、生物化学等技术手段进行以下研究。首先，我们解析了寨卡病毒解旋酶1.8Å的高分辨率晶体结构。结构表明寨卡病毒解旋酶与其他黄病毒解旋酶相比具有保守的三磷酸腺苷结合口袋。在解旋酶中间有一条带正电荷的凹槽，可能用于结合RNA。这一高分辨率结构的解析为寨卡病毒的药物开发提供了有用的结构信息、奠定了重要基础。其次，我们进行了寨卡病毒解

4、旋酶识别ATP的机制研究。我们解析了寨卡病毒解旋酶识别ATP和金属Mn2+的复合物结构，这也是捕捉到的第一个黄病毒解旋酶识别ATP的天然状态的复合物结构。与其他黄病毒解旋酶相比，在天然状态下，P-loop以不同的形式存在，但一旦结合ATP-Mn2+时P-loop将最终以同样的构象存在。最后，我们进行了寨卡病毒解旋酶识别RNA的机制研究。我们还解析了寨卡病毒解旋酶识别RNA的复合物结构。在结合RNA时，其结构域发生转动引起明显的构象变化。有趣的是，尽管ZIKV和DENV-4解旋酶与RNA结合相关的氨基酸残基是保守的，但

5、RNA结合时结构域转动方式不同而致使ZIKV与DENV-4的RNA识别模式有显著差异。黄病毒解旋酶在进化过程中形成保守的化学能转化为机械能的能量转换机制，但各自在复制过程中以不同的方式识别RNA。综上所述，我们解析了寨卡病毒解旋酶高分辨率空间结构，为抗寨卡病毒的药物开发提供了理论基础。我们解析了寨卡病毒解旋酶识别ATP-Mn2+以及识别RNA的复合物结构，探究了其ATP水解活性及双链RNA解旋活性，阐释了寨卡病毒解旋酶在病毒复制过程中识别ATP-Mn2+以及识别其自身基因组这一关键步骤的分子机制。关键词：寨卡病毒，解

6、旋酶，RNA，ATP，空间结构，黄病毒IIIABSTRACTAnunprecedentedepidemicofZikavirus(ZIKV)infectionhasbeenreportedinSouthandCentralAmericaandtheCaribbean.NeonatalmicrocephalypotentiallyassociatedwithZIKVinfectionhasalreadycausedapublichealthemergencyofinternationalconcern.Nospecif

7、icvaccinesordrugsareavailabletotreatZIKVinfection.TheZIKVhelicase,whichplaysapivotalroleinviralRNAreplication,isanattractivetargetfortherapy.However,thestudyofZIKVhelicaseisstilllargelyunknown.Therefore,wesolvedthecrystalstructureofZIKVhelicaseandelucidatedthem

8、echanismofZIKVhelicaserecongnizingitssubstratethroughaseriesofMolecularBiology,StructuralBiologyandBiochemistrymethods.First,wedeterminedthecrystalstructureofZIKVhelicaseat1