美科学家发现关键蛋白质,武汉病毒所发现抗病毒天然免疫重要调控因子

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相关论文10日发表在新一期美国学术刊物《细胞报告》上。研究人员说,H5N1禽流感病毒感染人体时,常通过肺上皮细胞入侵。为了筛查哪些基因与病毒感染机制有关,研究人员利用基因编辑技术制造出约1.9万个存在不同基因变异的肺上皮细胞,让它们接触H5N1病毒。

美国科学家26日说,他们对各种流感病毒基因组序列的分析比较表明,有一种蛋白质可能是导致H5N1型禽流感病毒高致死率的关键。这一发现不仅揭示了禽流感病毒感染人类的机制,也为未来研制抗流感药物提供了线索。早先,科学家认为划分病毒类型的血凝素和神经氨酸酶两种表面蛋白质在禽流感病毒感染人类细胞过程中发挥主要作用,而美国孟菲斯圣祖德儿童医院的一个研究小组在26日出版的《科学》杂志网络版上发表论文说,一种名为NS1的蛋白质可能对人类细胞有更大的危害。
在这一研究中,研究人员分析了2196个流感病毒基因和169个病毒全基因组,共370万个碱基对序列。其中不仅涉及禽流感病毒,也包括了人类和猪流感病毒,是迄今包括病毒种类最多、最广泛的流感全基因组对照分析。研究人员还应用了一种新方法来确定流感病毒基因组中变异最频繁的关键基因。
流感病毒的基因组拥有8个片段、共编码11种蛋白质。研究人员发现,除了编码血凝素和神经氨酸酶的基因之外,编码NS1蛋白质的基因也变异频繁。在不同的流感病毒中,编码这三种蛋白质的基因序列变异最大,这表明它们决定了病毒的致病性。
NS1蛋白质只在病毒侵入机体细胞后才生成,因此研究人员认为,血凝素和神经氨酸酶两种蛋白质,是流感病毒破坏机体免疫系统感染细胞的关键,而NS1蛋白质则决定了病毒在宿主细胞内的破坏作用。
研究人员还发现,H5N1型禽流感病毒的NS1蛋白质有一段特征序列,能使这种蛋白质与多个细胞内受体结合,破坏细胞内的关键信号传导通道,使宿主细胞死亡。这可能是H5N1型禽流感病毒高致死率的关键所在,而普通的人类流感病毒则没有这段特征序列。
领导这一研究的纳伊夫博士指出,NS1蛋白质进入细胞后对禽流感病毒的毒性起到了“非常重要的作用”,如果能阻断它和细胞内受体结合,就有可能大幅度降低H5N1型禽流感病毒的致死率。来源:新华网

图2 GPATCH3抑制细胞的抗病毒免疫反应

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近期,中国科学院武汉病毒研究所王延轶研究团队在抗病毒天然免疫方面取得新进展。该团队发现GPATCH3可以抑制下游信号复合物的形成,负调控RIG-I样受体介导的天然免疫信号通路。相关论文GPATCH3
negatively regulates RLR-mediated innate antiviral responses by
disrupting the assembly of VISA signalosome
在线发表在PLOS Pathogens
杂志上。

研究人员说,这些发现有助于开发帮助人体抵抗禽流感病毒的新方法。此外,他们还用类似方法让细胞接触其他病原体,发现CIC基因在多种疾病中都发挥重要作用,因此可能在多种疾病的治疗中被作为靶点。

而且当GPATCH3的表达水平下降后,SeV和VSV的复制明显被抑制,表明GPATCH3可以抑制细胞的抗病毒免疫反应。

结果发现,名为SLC35A1的基因负责编码细胞表面的一种受体,病毒可利用这种受体在细胞表面“着陆”。如果把它敲除,病毒就失去了感染宿主的“抓手”。

该研究发现了细胞抗病毒天然免疫反应中又一个重要的调节因子——GPATCH3。通过一系列的GPATCH3敲低/敲除和过表达实验,证实了GPATCH3可以负调控RIG-I受体介导的免疫信号通路,抑制细胞的抗病毒免疫反应。该研究同时揭示了GPATCH3通过阻碍VISA复合物形成发挥负调控作用的分子机制,有助于人们进一步了解抗病毒天然免疫信号通路的调节途径。

新华社华盛顿4月10日电
美国芝加哥大学一个科研团队发现,H5N1禽流感病毒感染人类肺上皮细胞的机制与两个人类基因有关,因此可以通过影响这两个基因来开发抗病毒的新方法。

GPATCH3作用机理研究表明,病毒可以诱导GPATCH3与定位于线粒体的VISA相互作用,阻止VISA复合物的形成,抑制RIG-I受体介导的天然免疫信号通路,利于病毒免疫逃逸。

另一个名为CIC的基因可调节免疫反应,它抑制细胞对外来病原体的免疫应答。如果将它的功能关闭,免疫反应就会更强,有助于抵抗禽流感病毒。

图3 GPATCH3阻止VISA复合物的形成

但是论文作者之一、芝加哥大学微生物学助理教授巴拉吉·马尼卡萨米表示,不能靠永久性敲除CIC基因来抗病毒,因为感染结束后,还需要它来关闭免疫反应,否则会引发自身免疫性疾病。

在RIG-I样受体介导的信号通路中,接头蛋白VISA复合物的形成是该信号通路激活所必需的。王延轶在以往的研究中发现WDR5促进VISA信号复合物的组装和稳定,调控RIG-I样受体介导的天然免疫信号通路。该研究中,王延轶团队通过对cDNA表达克隆的筛选,发现了抗病毒天然免疫中又一个重要的调节因子GPATCH3(G-patch
domain containing
protein)。在细胞内过量表达GPATCH3,可以抑制RNA病毒SeV诱导的IFN-b报告基因的激活;而敲低GPATCH3的表达,RNA病毒诱导IFN-B1及其下游基因的转录明显增强。

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图1 敲低GPATCH3的表达,RNA病毒诱导IFN-B1及其下游基因的转录明显增强

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模式识别受体(Pattern recognition
receptors,PRRs)是宿主抵抗病原微生物的第一道屏障,在细胞抗病毒天然免疫过程中发挥重要功能。RIG-I和黑色素瘤分化相关基因5(melanoma
differentiation-associated gene 5,MDA5)是RIG-I样受体(RIG-I like
receptors,RLRs)家族的成员,可以识别病毒释放到胞浆中的RNA,通过一系列信号级联反应,诱导I型干扰素及炎症因子的产生,建立抗病毒免疫反应。

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武汉病毒所研究员王延轶为论文通讯作者,博士研究生聂映为第一作者。该研究得到了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、中国科学技术部(2014cb542603,2015cb554302)和中科院重点部署项目的资助。

接下来,研究人员利用CRISPR-Cas9技术构建了GPATCH3基因敲除细胞。与野生型细胞比较,RNA病毒感染后,GPATCH3基因敲除细胞IFNB1基因的转录明显增强,在GPATCH3敲除细胞中回补GPATCH3后,RNA病毒诱导的IFNB1基因的转录水平与野生型细胞在相似水平,进一步说明了GPATCH3可以负调控RIG-I样受体介导的天然免疫信号通路。

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