杆状病毒巯基氧化酶的结构与功能研究

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二硫键在蛋白的折叠和装配过程中发挥着重要作用,许多病毒蛋白含有分子间或分子内二硫键,且它们与病毒的入侵、感染的装配密切相关。某些病毒能够编码自己的巯基氧化酶来催化二硫键的形成,目前在杆状病毒中发现了一个巯基氧化酶P33,研究表明P33的缺失影响了病毒的复制和装配,但其具体的作用机制尚不清楚。本论文对P33的结构和功能进行了深入研究,为揭示巯基氧化酶在杆状病毒感染过程中的分子作用机制奠定了基础。  论文第一章对巯基氧化酶的研究背景做了详细的介绍,包括真核生物和病毒巯基氧化酶催化二硫键形成的通路、催化机制,巯基氧化酶的结构特征等。此外,对杆状病毒的分类、病毒粒子特征、生活周期和口服感染以及杆状病毒巯基氧化酶的研究现状也做了相关介绍。  论文第二章对棉铃虫核多角体病毒HearNPV P33(HaP33)的功能进行初步的探索。我们的研究结果显示Hap33是一个晚期基因,其表达的蛋白在病毒感染早期定位于细胞质中,在晚期则转移到核膜环带区。体外酶活实验表明,HaP33具有巯基氧化酶活性。此外,还构建了Hap33替代苜蓿银纹夜蛾核多角体病毒AcMNPV p33(Acp33)的重组病毒vAcBac△p33-Hap33,转染感染实验发现替代病毒能够产生感染性的BV以及多粒包埋的ODV,但在BV的滴度上较回复型病毒有十倍的下降。以上结果表明棉铃虫病毒的p33基因编码一个有功能的巯基氧化酶,并能部分替代AcP33的功能。  论文第三章对AcP33的结构和功能进行研究。首先解析了AcP33野生型的晶体结构,通过结构保守性分析发现AcP33包含活性位点、二聚体界面和R127-E183盐桥三个保守区域。针对保守区域设计了一系列的突变体,体外酶活实验发现活性位点、二聚体界面的突变严重抑制了巯基氧化酶活性,盐桥位点的突变对巯基氧化酶活性的影响较小。同时,在体内构建了相应的突变体重组病毒,转染和感染实验发现,除AcP33-KO和突变体AXXA之外,其它的重组病毒均能产生感染性的BV,然而一步生长曲线表明,活性位点(H114A)和二聚体界面关键氨基酸(E174A,H227D)的突变使BV的产量有明显的下降。电镜结果表明,活性位点(H114A)和盐桥突变体病毒(R127A-E183A)的OB表面凹凸不平,且包含的主要为单粒包埋的ODV。进一步的病毒粒子含量分析及口服感染实验结果表明,三个保守区域的突变体病毒OB包含的ODV数目和口服感染能力均显著低于对照病毒。此外,突变体晶体结构显示,AcP33突变位点的相互作用均遭到破坏,且结构灵活性分析表明突变体活性位点的灵活性均低于野生型,这也许从结构上解释了突变体酶活降低的原因。我们的结果揭示了AcP33二聚体界面和R127-E183盐桥两个新的功能区域,且它们在病毒的形态发生和ODV的装配过程中发挥重要作用。  论文第四章解析了HearNPV P26(HaP26)的晶体结构。利用硒代的方法首次解析了分辨为1.9(A)的HaP26蛋白晶体结构,结构显示HaP26是以二聚体形式存在的,其单体主要由β折叠片组成。在HaP26的N端包含一个β-sheet barrel,同源结构搜索表明,该折叠桶与鼠诺如病毒(MNV)NS6蛋白酶和西尼罗病毒(WNV)NS3蛋白酶C端的β-sheet barrel有一定的结构同源性。在二聚体中,分别来自两个亚基的β15和β20参与二聚体界面的形成,两个折叠片之间的疏水作用和氢键作用稳定了界面的中心,π键、盐桥和氢键作用锁住了二聚体界面顶端和底端。此外,保守性分析和表面电荷分析显示P26含有三个结构保守区域,且具有明显的电荷分布特征。  论文第五章对本文中的研究结果进行了总结。
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