新冠病毒蛋白拮抗宿主干扰素抗病毒反应的作用及分子机制研究

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2019冠状病毒疾病(COVID-19)是由一种名为严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)引起的呼吸道疾病,目前在全球传播,已造成4.9亿多人感染。严重影响到人类的生命健康,也给全球经济造成了巨大损失。SARS-CoV-2病毒是属于包膜冠状病毒科的一种正义RNA病毒,它的基因组可以编码16种非结构蛋白(nspl-16),4种结构蛋白(刺突蛋白[S],包膜蛋白[E],膜蛋白[M],核衣壳蛋白[N])和 7 种辅助蛋白(ORF3a,ORF3b,ORF6,ORF7a,ORF7b,ORF8 和ORF10)。COVID-19的典型特征是患者体内的Ⅰ型干扰素(IFN-Ⅰ)介导的抗病毒免疫反应受到了抑制,然而这种抑制IFN-Ⅰ介导的抗病毒反应的具体的分子机制迄今尚不完全明确。因此我们根据病毒的基因组编码信息成功构建22个新冠病毒蛋白的真核表达质粒,用双荧光素酶报告基因检测系统(DLR)筛选出了一系列能够抑制IFN-1信号通路的新冠病毒蛋白,发现新冠病毒nsp7、nsp15、M、3CLpro(nsp5的结构域)、nsp13(Helicse)和N蛋白抑制干扰素β(IFN-β)的启动子活性,而新冠病毒nsp7、Helicse、nsp9、ORF7a、ORF8、E和S蛋白则抑制干扰素刺激反应元件(ISRE)的启动子活性。我们进而通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)、Western Blotting以及免疫荧光等实验发现在IFN-Ⅰ产生的信号通路中,Helicse蛋白显著抑制了 TANK结合激酶1(TBK1)和干扰素调节因子3(IRF3)的磷酸化水平;N蛋白明显地抑制了 IRF3的磷酸化水平;M蛋白对于IRF3的入核有明显的抑制作用。为了进一步探究以上新冠病毒蛋白的具体作用机制我们进行了免疫沉淀结合质谱分析实验(IP-MS),结果发现M蛋白与宿主的核质转运因子KPNA家族成员存在相互作用。随后又通过免疫共沉淀实验(Co-IP)、免疫荧光、核质分离等实验验证,结果发现M蛋白通过干扰IRF3与核导入因子α 6蛋白(KPNA6)的结合进而抑制IFN-Ⅰ产生途径的。在IFN-Ⅰ下游转导信号通路中,我们发现Helicase和E蛋白显著抑制了 p-STATI(信号转导子和转录蛋白激活因子Ⅰ的磷酸化)和p-STAT2(信号转导子和转录蛋白激活因子Ⅱ的磷酸化);S蛋白不仅抑制了 p-STATI和p-STAT2,对于p-STAT1的入核也有明显的抑制作用。为了进一步探究这些蛋白的具体作用机制,我们同样通过IP-MS、Co-IP和免疫荧光实验发现S蛋白与信号转导子和转录蛋白激活因子Ⅰ(STAT1)分子互作,主要是通过S1亚基阻断Janus激酶1(JAK1)与STAT1的结合而抑制IFN-Ⅰ转导途径的。通过本课题的研究,我们对干扰IFN-Ⅰ产生信号通路的新冠病毒蛋白进行筛选,并阐明膜蛋白M干扰IFN-Ⅰ产生途径的具体作用机制;另外对抑制IFN-Ⅰ转导信号通路(JAK-STAT)的新冠病毒蛋白进行筛选,并阐明棘突蛋白S拮抗IFN-Ⅰ转导途径的具体作用机制,这将为疫苗和抗病毒药物的研发提供重要靶点和理论参考。
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