科研成果:Zika virus NS3 is a canonical RNA helicase stimulated by NS5 RNA polymerase

发布时间:2019-09-16

导读:本室石磊教授课题组研究论文“Zika virus NS3 is a canonical RNA helicase stimulated by NS5 RNA polymerase” 于2019730日在线发表于《Nucleic Acids Research》(doi: 10.1093/nar/gkz650)。

文章链接:https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkz650/5541095

 

寨卡病毒属于黄病毒,是单股正链RNA病毒,其复制涉及到RNA的解链和合成。寨卡病毒NS3蛋白包含解旋酶结构域,参与病毒双链RNA的解链,但对其酶活特性了解甚少。在本文中,我们基于荧光共振能量转移原理(FRET),构建了双链核酸体外解链系统,对NS3蛋白的酶活进行了研究。我们发现,寨卡病毒NS3蛋白具有ATP水解酶活性和解旋酶活性。NS3蛋白以3’到5’方向,特异性地解开具有3’突出末端的dsDNAdsRNA。当dsRNA的双链长度超过18bp后,NS3的解链效率显著下降。NS3的解旋活性依赖于其对ATP的水解和对RNA的结合,其ATP结合区域和RNA结合区域的部分关键氨基酸突变,会显著破坏NS3的解旋酶活性,从而抑制寨卡病毒在细胞中的复制。此外,我们发现寨卡病毒 NS5蛋白可以与NS3蛋白相互作用,NS5不影响NS3ATP水解酶活性,但是能促进NS3蛋白的解旋酶活性。破坏二者的相互作用会抑制病毒在细胞中的复制。该结果揭示了NS5NS3相互作用,从而促进了病毒复制过程中RNA解链与后续的RNA合成步骤紧密关联,保证了病毒的高效复制。综上,该工作解析了寨卡病毒NS3蛋白的打开双链核酸的分子机制,并为病毒复制提供了新的认识。

 

[摘要]Zika virus is a positive single-strand RNA virus whose replication involved RNA unwinding and synthesis. ZIKV NS3 contains a helicase domain, but its enzymatic activity is not fully characterized. Here, we established a dsRNA unwinding assay based on the FRET effect to study the helicase activity of ZIKV NS3, which provided kinetic information in real time. We found that ZIKV NS3 specifically unwound dsRNA/dsDNA with a 3’ overhang in the 3’ to 5’ direction.The RNA unwinding ability of NS3 significantly decreased when the duplex was longer than 18 base pairs. The helicase activity of NS3 depends on ATP hydrolysis and binding to RNA. Mutations in the ATP binding region or the RNA binding region of NS3 impair its helicase activity, thus blocking viral replication in the cell. Furthermore, we showed that ZIKV NS5 interacted with NS3 and stimulated its helicase activity. Disrupting NS3-NS5 interaction resulted in a defect in viral replication, revealing the tight coupling of RNA unwinding and synthesis. We suggest that NS3 helicase activity is stimulated by NS5; thus, viral replication can be carried out efficiently. Our work provides a molecular mechanism of ZIKV NS3 unwinding and novel insights into ZIKV replication.


        石磊课题组的博士生徐杉、慈雅丽博士(2017年毕业)和王蕾杰硕士(2019年毕业)为该研究论文的共同第一作者,石磊教授为本文通讯作者。军事科学院军事医学研究院秦成峰研究员医科院病原所张磊亮副研究员为研究做出了重要贡献。该项目得到了国家自然科学基金“天然免疫与炎症疾病”基础科学中心项目、优青项目和面上项目81788101,81622028, 31470813)、青年千人项目、中国医学科学院医学与健康科技创新工程(2016-I2M-3-020)、中国医学科学院所院基金(2016ZX310192, 2016RC310037, 2016RC310031)的资助。