RNA G-四链体在丙肝病毒中的功能研究及G-四链体稳定剂作为活性HCV抑制剂的筛选

Nucleic acids are one of the most important biomacromolecules in living systems. With the deepening of study, some special nucleic acid secondary structures have been recognized to be important in gene expression, such as G-quadruplex, Z-form DNA and so on. In previous study, the study of nucleic acid secondary structure mainly focused on DNA, while not much about RNA. Thus, there's large room in the study of RNA secondary structure. This project would focus on RNA G-quadruplex that formed in a single-stranded positive sense RNA virus HCV, studying the structure and regulatory roles of G-quadruplex in HCV RNA replication and translation. We would try to establish a new target based on G-quadruplex in anti-HCV compound design, other than the traditional common enzyme or protein-targeted drug design, which would be the first example of RNA secondary structure as target for anti-HCV design. This project would provide new insight of G-quadruplex's biological function, and a new strategy of targeting compound design for RNA virus as well.

核酸是生命体系中最重要的生物大分子之一，随着研究的不断深入，人们认识到其生物功能不仅仅由碱基顺序，一些重要的特殊二级结构同样影响着核酸的功能以及后续的翻译和蛋白质表达的过程。在前期的研究中，针对DNA的各种二级结构研究较为广泛，例如G-四链体、Z-DNA等。相对而言，关于RNA特殊二级结构的功能研究较少，因此这方面的研究仍存在广泛的空间。本项目拟针对一种RNA病毒HCV（丙肝病毒）中的G-四链体，进行结构和功能研究，揭示RNA G-四链体在HCV病毒复制和翻译过程中的调控机制，并将这种特殊二级结构核酸作为抗HCV药物设计的新靶标，设计和筛选不同于以往以酶或蛋白为靶标的抗HCV药物。由于以特殊二级结构核酸为靶标更为直接，且可以避免以酶或蛋白为靶标的药物由于被产生抗性而失效，因此具有更好的应用前景。本项将为RNA G-四链体的功能研究提供新方向，同时也为抗HCV药物设计提供新的策略和理论依据。

G-四链核酸是一种具有调控功能的特殊二级结构核酸，其在真核生物体系中具有重要的基因调控功能，动态存在于真核细胞DNA与RNA中，然而在病原体微生物体系中的研究在过去数十年研究中较少涉及。另一方面，对于病原体微生物体系的研究大多以蛋白为重点，在相关活性分子开发方面同样如此，然而以蛋白为靶的活性分子开发，易遇到耐药变异的固有问题。本项目通过对RNA病毒这类重要病原体微生物体系中，对于功能性特殊结构核酸G-四链核酸的探究，拓展病毒G-四链核酸研究新方向。通过本项目研究，尝试回答两个科学问题，一是功能性特殊结构核酸G-四链体在RNA病毒基因组中是否存在，二是其是否具有调控功能。基于上述科学问题，本项目重点针对重要RNA病毒HCV（丙肝病毒），主要进行了如下研究工作：丙肝HCV 体系中RNA G-四链体的生物信息学分析及二级结构研究；G-四连体稳定剂对HCV抗病毒的活性筛选；G-四链体稳定剂与HCV作用的机制研究；G-四链体稳定剂对HCV的靶向性验证；具抗HCV活性G-四链体稳定剂衍生物的设计与合成。在此基础上，进一步系统性考察了与丙肝病毒同一种属的Zika病毒和另一个负链RNA病毒Ebola。通过生物信息学分析和结构验证，以及G-四链调控功能的测试，揭示了各自体系中，G-四链结构元件在病毒复制、翻译过程中的特定功能。