生物物理所揭示抗病毒蛋白ZAP活性區域的晶體結構與功能

　　3月11日，國際著名期刊Nature Structural & Molecular Biology發表了中國科學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活性區域的晶體結構與功能研究（Structure of N-terminal domain of ZAP indicates how a zinc-finger protein recognizes complex RNA）。

　　ZAP（Zinc finger Antiviral Protein）是2002年發現的具有抗病毒活性的宿主細胞限制性因子，從細胞中分離得到的ZAP蛋白在體內可以顯著抑制特定病毒在宿主細胞中的復制，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，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端結構域是抗病毒活性的主要區域，該區域能結合病毒mRNA并招募核酸外切酶復合物，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通路中所起作用的研究也表明，ZAP蛋白N端結構域對于其結合并激活RIG-I蛋白具有決定作用。目前發現的ZAP能夠識別并抑制的病毒mRNA都很大，長度超過500個核苷酸殘基；該核酸縮短可能導致不再被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個氨基酸組成N端結構域如何在抗病毒過程中發揮作用的？ZAP蛋白N端結構域的鋅指結構具有怎么樣的結構特點，從而可以特異性識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端結構域的結構生物學研究。

　　通過對ZAP蛋白活性區域的晶體結構測定工作，該研究首次揭示了一種同時含有四個CCCH類型鋅指結構的蛋白質分子三維結構，為ZAP蛋白特異識別病毒RNA分子并發揮其抗病毒活性提供了準確的結構基礎；通過一系列體內抗病毒實驗以及體外與病毒RNA的結合實驗，對ZAP蛋白N端結構域重要的RNA結合位點進行了驗證，發現了ZAP蛋白表面含有一個由四個鋅指結構構成的面積約300平方埃的、三維的特異性結合病毒RNA的區域；通過實驗發現并證實了ZAP蛋白分子氨基端存在分子間相互作用，這種相互作用會促使ZAP蛋白在體內抗病毒過程中以二體形式識別并結合病毒RNA，這對抗病毒活性中起決定作用。同時，研究發現ZAP能夠識別并抑制的RNA不僅可能存在特殊的高級結構，而且還含有兩個ZAP結合區域，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蛋白容易發生沉淀及不結晶等障礙，從而完成了一系列后續工作。

　　該項工作主要完成人包括生物物理所劉迎芳課題組的陳守登博士和高光俠課題組的徐義輝博士。日本KEK和上海光源提供了同步輻射光源支持。

　　該研究課題得到了科技部、國家自然科學基金委和中國科學院的資助。

　 

圖1. ZAP氨基端（N-ZAP）三維結構圖

　

圖2. ZAP功能模式圖