復旦大學甘建華組和李繼喜組合作揭示非洲豬瘟病毒DNA連接酶的分子機制

近期，復旦大學生命科學學院、遺傳工程國家重點實驗室甘建華課題組與李繼喜課題組合作研究揭示了非洲豬瘟病毒（African swine fever virus, ASFV）DNA連接酶（AsfvDNAL）的分子機制，相關研究成果在線發表於《自然?通訊》(Nature Communications)，文章題為Structure of the error-prone DNA ligase of African swine fever virus identifies critical active site residues。該研究用X-射線晶體學方法解析了AsfvDNAL與不同類型DNA複合物的結構，揭示了AsfvDNAL結合和催化底物連接的分子機制，為針對非洲豬瘟病毒DNA修復通路蛋白的藥物設計提供了結構基礎。

ASFV病毒是一種獨特的雙鏈DNA病毒，既能感染野生豬，也能感染家豬。一旦爆發，將會導致近100%受感染豬的死亡。自1921年被發現以來，ASFV病毒受到了科研人員的廣泛關注，但目前仍沒有任何有效的疫苗被報道。ASFV病毒對全球多個國家和地區的豬飼養業都是一種巨大的威脅，並於2018年在中國首度爆發，導致了嚴重的經濟損失。ASFV病毒編碼了多個蛋白，形成了一套完整的DNA修復通路。與通常的DNA修復通路不同，ASFV DNA修復通路中的DNA 聚合酶（AsfvPolX）和連接酶AsfvDNAL的保真性都非常低，在ASFV病毒基因組的修復和突變過程中均發揮了關鍵作用。本團隊早期研究發現，AsfvPolX擁有一個獨特的磷酸根識別位點，對其底物結合和催化活性十分關鍵（Plos Biology, 2017）。

圖1. AsfvDNAL與DNA底物複合物的晶體結構

AsfvDNAL與同源蛋白的序列相似性很低，其容忍鹼基錯配的分子機制還不明確。針對上述問題，甘建華、李繼喜和黃震團隊利用晶體學手段，成功解析了AsfvDNAL與不同DNA底物的高解析度結構(圖1)。晶體結構顯示，AsfvDNAL的N-端具有一個獨特的DNA結合結構域（NTD），該結構域對底物結合十分重要。雖然AsfvDNAL與常見的DNA連接酶在催化機制方面保守，AsfvDNAL在底物催化位點附近具有一些明顯不同的氨基酸組成。蛋白突變、體外DNA結合以及活性研究顯示，催化位點附近的氨基酸對催化形式AsfvDNAL-DNA複合物的形成及活性至關重要。

復旦大學生命科學學院博士生陳屹勍為論文的第一作者，復旦大學生命科學學院教授甘建華、李繼喜以及四川大學教授黃震為並列通訊作者。該研究還得到了復旦大學生命科學學院麻錦彪教授課題組的大力支持，並獲得了國家自然科學基金和科技部國家重點研發計劃的資助。

Abstract

African swine fever virus (ASFV) is contagious and can cause highly lethal disease in pigs. ASFV DNA ligase (AsfvLIG) is one of the most error-prone ligases identified to date; it catalyzes DNA joining reaction during DNA repair process of ASFV and plays important roles in mutagenesis of the viral genome. Here, we report four AsfvLIG:DNA complex structures and demonstrate that AsfvLIG has a unique N-terminal domain (NTD) that plays critical roles in substrate binding and catalytic complex assembly. In combination with mutagenesis, in vitro binding and catalytic assays, our study reveals that four unique active site residues (Asn153 and Leu211 of the AD domain; Leu402 and Gln403 of the OB domain) are crucial for the catalytic efficiency of AsfvLIG. These unique structural features can serve as potential targets for small molecule design, which could impair genome repair in ASFV and help combat this virus in the future.

來源：復旦大學

本期編輯：Tony

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