五环三萜化合物调控多种RNA病毒感染的共性分子机制和结构基础研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21572015
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0706.药物化学生物学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Pentacyclic triterpenes are a class of secondary plant metabolites widely found in nature with a variety of biological functions. Previous studies have indicated that certain pentacyclic triterpenoids can bind to the viral structural proteins of HIV, hepatitis C, influenza, and Ebola viruses, thereby inhibiting viral entry into the respective host cells. However, it remains to determine by what mechanism pentacyclic triterpenoids achieve such attractive activities, i.e. preventing viral envelope proteins from interacting with their host receptor despite of their significant disparate. Here, we make a proposal by design and synthesis of triterpenoid probes with dual photo-crosslinking / biotin bifunctional groups, based on the identified lead compounds and the structure-function relationships, and then incubation and photo-crossing of the probes with the envelope E2 of HCV, HA of influenza and GP of Ebola viruses. The crossing peptides are enriched via co-immunoprecipitation and characterized by mass spectrum and databases. Upon identification of the conserved primary amino acid sequence, we utilize the modern technologies such as structure mimicking, computer modeling and docking and others, to identify the potential secondary- and three-dimensional common structures. In addition, based on those structure and function information, we clarify the common structural features of the interactions of different viral envelope proteins and respective host receptors, and the common mechanism by which their interactions are regulated and manipulated by triterpene natural products. Eventually we will provide theoretical and experimental evidences to prove the hypothesis that pentacyclic triterpenoid natural products might be an evolved regulator of virus-host recognition and interactions.
五环三萜是一类自然界广泛存在、且有多种生理功能的天然物质。前期研究发现某些五环三萜可以结合HIV、丙肝、流感和埃博拉等RNA病毒的膜结构蛋白,进而抑制病毒进入各自的宿主细胞。然而这些完全不同的病毒结构蛋白是如何被五环三萜共性地识别并阻止与相应宿主受体作用的呢?本课题将基于我们发现的抑制流感、丙肝和埃博拉三种病毒的五环三萜先导物及构效关系,设计和合成带有光交联/生物素双功能基团的分子探针,通过光交联、免疫共沉淀、蛋白质谱和数据库,发现五环三萜与流感HA、丙肝E2和埃博拉GP膜蛋白结合的一级氨基酸序列;进而基于结构模拟、计算机同源模建和对接等现代技术,研究它们结合的二级平面和三级立体共性结构特征。最后基于相应信息,探索不同病毒膜蛋白与宿主受体结合的共有结构基础,阐明五环三萜调控这些病毒与相应宿主识别的共性分子机制,为“五环三萜天然物是自然界调控病毒与宿主识别的进化产物”假说提供理论和实验依据。

结项摘要

由艾滋病毒、丙型肝炎病毒、埃博拉出血热及流感病毒等引起的病毒性恶性传染病严重危害人类健康。基于五环三萜类天然产物的广谱病毒活性,本课题进一步建立了抗埃博拉病毒进入细胞的筛选模型,对五环三萜衍生物抗埃博拉病毒的构效关系进行了研究并发现化合物Y11和Y13具有较好的抗埃博拉病毒的活性,1μM时的抑制率分别高为99%和93%。进一步真病毒活性评价发现Y11在Hela及HFF细胞中对埃博拉(Makona)的EC50分别为0.98-0.99μM及0.46-0.89μM。在此基础上综合运用光交联、免疫共沉淀、蛋白质谱、核磁共振及计算机辅助药物设计等技术对其与作用靶蛋白进行了深入的研究,发现了该探针可与埃博拉病毒膜蛋白GP的HR2结构域能特异的结合;同时,设计并合成了具有抗HIV活性的光交联探针Y20、具有抗流感病毒活性的光交联探针Y21和具有抗HCV活性的生物素探针Y22及光交联探针Y23,采用上述实验也发现了这些探针能与病毒的膜蛋白HR2结构域结合。三萜天然产物的广泛存在,特别是其通过结合病毒膜蛋白HR2赋予植物宿主自我化学防护功能,提示三萜类天然物可能是大自然调控病毒与宿主识别的进化产物。本项目实施过程中,一共发表了SCI论文21篇,其中Science、Sci. Adv.各一篇;Biomaterials两篇;Eur. J. Med. Chem. 六篇,Tetrahedron 封面论文一篇。鉴于本研究在五环三萜抗病毒领域中的影响,项目负责人应邀在国际药化权威刊物Med. Res. Rev.发表综述一篇;此外,还获得授权相关发明专利3项,发表会议论文4篇,做大会或分会报告4人次,培养博士生4名(含2名在读),毕业硕士4名,取得了较好的研究成果。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(2)
Construction of an inducible stable cell line for efficient incorporation of unnatural amino acids in mammalian cells
构建可诱导的稳定细胞系,用于在哺乳动物细胞中有效掺入非天然氨基酸
  • DOI:
    10.1016/j.bbrc.2017.05.178
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Biochemical and Biophysical Research Communications
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Zhang Ziwei;Xu Huan;Si Longlong;Chen Yi;Zhang Bo;Wang Yan;Wu Yiming;Zhou Xueying;Zhang Lihe;Zhou Demin
  • 通讯作者:
    Zhou Demin
Fatty acid synthase cooperates with protrudin to facilitate membrane outgrowth of cellular protrusions.
脂肪酸合酶与 protrudin 配合促进细胞突起的膜生长
  • DOI:
    10.1038/srep46569
  • 发表时间:
    2017-04-21
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zhang C;Lu J;Su H;Yang J;Zhou D
  • 通讯作者:
    Zhou D
Synthesis, structure activity relationship and in vitro anti-influenza virus activity of novel polyphenol-pentacyclic triterpene conjugates
新型多酚-五环三萜结合物的合成、结构活性关系及体外抗流感病毒活性
  • DOI:
    10.1016/j.ejmech.2018.12.006
  • 发表时间:
    2019-02-01
  • 期刊:
    EUROPEAN JOURNAL OF MEDICINAL CHEMISTRY
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Li, Haiwei;Li, Man;Xiao, Sulong
  • 通讯作者:
    Xiao, Sulong
Triterpenoids manipulate a broad range of virus-host fusion via wrapping the HR2 domain prevalent in viral envelopes.
三萜类化合物通过包裹病毒包膜中普遍存在的 HR2 结构域来操纵广泛的病毒-宿主融合
  • DOI:
    10.1126/sciadv.aau8408
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
    Science advances
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Si L;Meng K;Tian Z;Sun J;Li H;Zhang Z;Soloveva V;Li H;Fu G;Xia Q;Xiao S;Zhang L;Zhou D
  • 通讯作者:
    Zhou D
Precise and combinatorial PEGylation generates a low-immunogenic and stable form of human growth hormone
精确的组合聚乙二醇化产生低免疫原性且稳定形式的人类生长激素
  • DOI:
    10.1016/j.jconrel.2017.01.029
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Controlled Release
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    LingWu;Jingxian Chen;Yiming Wu;Bo Zhang;Xiaochun Cai;Ziwei Zhang;Yan Wang;LongLong Si;Huan Xu;YongXiang Zheng;ChuanLing Zhang;Chenggang Liang;Jing Li;Lihe Zhang;Qiang Zhang;Demin Zhou
  • 通讯作者:
    Demin Zhou

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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