新型冠状病毒PLpro蛋白酶结构与功能的生物信息学分析

作     者：杜倩倩 张智慧 廉政 张庆媛 薛向阳 张丽芳 蒋朋飞 DU Qianqian;ZHANG Zhihui;LIAN Zheng;ZHANG Qingyuan;XUE Xiangyang;ZHANG Lifang;JIANG Pengfei

作者机构：温州医科大学基础医学院微生物学与免疫学教研室分子病毒与免疫研究所温州325035 温州医科大学病毒研究院温州325035 

出 版 物：《病毒学报》 (Chinese Journal of Virology)

年 卷 期：2021年第37卷第1期

页      面：43-51页

核心收录：

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 100705[医学-微生物与生化药学] 1001[医学-基础医学(可授医学、理学学位)] 100103[医学-病原生物学] 10[医学] 

基　　金：温州市新型冠状病毒肺炎疫情防控应急攻关项目(项目号:ZY202002),题目:抗新冠状病毒相关诊断治疗产品的研发及产业化 温州市基础性科研项目(项目号:Y20180059),题目:宫颈癌靶向治疗制剂ZHPV16E7affitoxin384的临床转化试验前研究 温州市基础性科研项目(项目号:Y20180072),题目:基于HBcAg纳米颗粒载体的HPV16型E6/E7蛋白多表位治疗性疫苗研究 温州医科大学科研启动项目(项目号:QTJ14040),题目:人乳头瘤病毒E7特异性亲和体分子作用机制研究 

主　　题：新型冠状病毒(SARS-CoV-2) 木瓜样蛋白酶(PLpro蛋白酶) 结构 功能 生物信息学 新型冠状病毒肺炎(COVID-19) 

摘      要：2019年12月,由新型冠状病毒(SARS-CoV-2)引起的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)在中国武汉暴发。SARS-CoV-2的基因组编码2种病毒蛋白酶,即木瓜样蛋白酶(Papain-like protease,PLpro)和3C样蛋白酶(3C-like protease)。其中PLpro是SARS-CoV-2复制酶复合体(RC)形成的重要调节蛋白分子,对于病毒基因组转录和复制至关重要。因此,将SARS-CoV-2 PLpro作为药物的靶点对COVID-19的治疗具有积极意义。本研究应用生物信息学工具分析新型冠状病毒的木瓜样蛋白酶的结构和功能,首先利用BLAST和BioEdit获取SARS-CoV-2 PLpro蛋白酶(SC2-PLpro)及其同源蛋白的氨基酸序列,并利用BLAST和MEGA 6.0进行同源性分析。之后,利用ProParam和Proscale分别对SC2-PLpro蛋白酶的理化性质、亲水性和疏水性进行分析。然后,通过SOMPA、ScanProsite和InterPro分别预测SC2-PLpro蛋白酶的二级结构和功能区域,进一步利用SignalP 4.0和TMHMM对SC2-PLpro蛋白酶的信号肽和跨膜区进行分析。最后,通过SWISS-MODEL对SARS-CoV-2 PLpro蛋白酶进行三级结构同源建模。结果显示,对SARS-CoV-2 PLpro蛋白酶与已报道的PLpro蛋白酶进行多序列比对后,发现SARS-CoV-2 nsp3的746~1063段氨基酸与多种冠状病毒PLpro蛋白酶氨基酸序列高度相似。同时,同源性分析发现SARS-CoV-2与蝙蝠冠状病毒的PLpro蛋白酶具有同源性,其中与QHR63299、AVP78030相似性最高。对SC2-PLpro进行理化性质预测结果显示,其由318个氨基酸所组成,为稳定亲水性蛋白。二级结构预测结果显示SC2-PLpro主要含有α-螺旋、延伸链、β-转角、无规卷曲,四种结构贯穿整条氨基酸链。进一步进行功能分析,发现其具有完整的催化三联体、锌结合域、泛素样N末端结构域,故推测该蛋白具有去泛素化的功能。然后,信号肽假说和跨膜结构域分析结果表明,SC2-PLpro既不是分泌蛋白,也不属于跨膜蛋白。本研究提示,生物信息学分析SC2-PLpro为稳定性亲水蛋白,属于非跨膜蛋白,比较保守,具有去泛素化的功能,利用此功能可以进一步规避宿主的固有免疫反应。通过制备PLpro蛋白酶小分子抑制剂,可能有助于治疗新型冠状病毒肺炎。