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猪圆环病毒2型(Porcine circovirus type 2, PCV2)是引起猪圆环病毒相关疾病的主要传染因子,也是严重危害养猪业的重要病毒之一,主要引起以断奶仔猪多系统衰竭综合征(PMWS)为主的系列疾病。PCV2 属于圆环病毒科(Circoviridae)圆环病毒属(Circovirus)成员,为单股负链DNA病毒,基因组长度为1767 bp~1768 bp,呈闭合环状结构。PCV2基因组中存在多个开放阅读框(Open reading frame, ORF),目前已经有6个ORFs编码产物被鉴定和进行了功能研究。其中,ORF1编码病毒的复制酶(Rep),与病毒的毒力和复制有关;ORF2 编码病毒的衣壳蛋白(Cap),诱导中和抗体的产生;ORF3 编码蛋白与细胞的凋亡相关,可诱导宿主细胞的凋亡;ORF4 编码蛋白具有抗凋亡作用;ORF6 编码蛋白可能参与细胞凋亡的调控。ORF5 是本课题组鉴定和命名的一个非结构蛋白,在PCV2感染的猪肺泡巨噬细胞(Porcine alveolar macrophages, PAMs)中存在该编码产物的表达,能够使细胞S期阻滞,上调内质网应激(endoplasmic reticulum stress, ERS)标志因子GRP78的表达等。我们推测,ORF5蛋白可能与宿主细胞的内质网应激相关,但尚缺少深入的研究和直接的证据。为此,本研究构建了表达PCV2 ORF5蛋白的真核表达质粒,对其诱导 PAMs 的内质网应激作用和发生未折叠蛋白反应(unfolded protein response, UPR)的调控通路进行了研究。获得了以下结果: (1)ORF5蛋白定位于PAMs的内质网,并能诱导细胞内质网应激的发生。通过脂质体转染法将表达ORF5蛋白的pEGFP-ORF5质粒转入PAMs,用激光共聚焦扫描显微技术确定了ORF5蛋白的亚细胞定位,发现ORF5蛋白定位于细胞的内质网部位;继而用电子显微镜观察了PAMs内质网的形态学变化,发现ORF5蛋白能够引起内质网网腔发生扩张和肿胀,初步判定内质网应激的发生;随后通过Real-time RT-PCR和Western blot方法分别从核酸和蛋白水平上检测了内质网应激标志因子GRP78和GRP94的表达情况,结果证明ORF5蛋白能够显著上调二者的表达,进一步证明ORF5蛋白诱导PAMs内质网应激的发生。 (2)ORF5 蛋白可以激活 PERK、ATF6和IRE1 这三条信号通路,诱导宿主细胞UPR的发生。通过脂质体转染法将表达ORF5蛋白的pEGFP-ORF5质粒转入PAMs,用Real-time RT-PCR和Western blot 的方法分别对诱导未折叠蛋白反应三条信号通路(PERK、ATF6和IRE1)上的重要节点蛋白进行了检测和鉴定。在PERK通路的鉴定中,对PERK和eIF2α的磷酸化检测表明ORF5蛋白能够使二者的磷酸化水平显著增加,说明PERK通路被激活;随后检测了其下游效应分子ATF4和GADD34的表达情况,结果显示二者的表达也被显著上调,表明 ORF5 蛋白激活了宿主细胞PERK/eIF2α/ATF4/GADD34信号通路。在ATF6通路的研究中,发现ORF5蛋白诱导了ATF6发生剪切,并激活了下游钙网蛋白(Calreticulin)的表达,表明ATF6/Calreticulin信号通路也被激活。最后在 IRE1 通路的鉴定中,首先明确了 ORF5 蛋白诱导了 IRE1的磷酸化,并激活了其下游Xbp1的剪接和EDEM的表达,表明IRE1/Xbp1/EDEM通路的激活。 本研究发现,PCV2 ORF5蛋白诱导了PAMs发生内质网应激反应,并通过激活PERK、ATF6和IRE1三条信号传导路径诱导UPR的发生。 内质网应激是细胞对不利或有害因素的一种自我保护,这也可能为侵入细胞内的病毒的复制增殖和持续性感染提供有利条件。本研究为ORF5蛋白诱导PAMs发生内质网应激的分子机制的揭示提供了一些新的科学依据,但仍然需要进一步从病毒-细胞、病毒-动物水平上来研究PCV2感染过程中ORF5蛋白诱导内质网应激作用。