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白斑综合征病毒(Whitespotsyndromevirus,WSSV)是目前制约对虾养殖业健康可持续发展的主要病原之一。迄今为止,对虾养殖中仍缺乏防治该病毒的有效方法。究其原因,主要与人们对WSSV感染和致病的分子机制缺乏足够了解有关。近年来研究发现,WSSV极早期蛋白IE1可与对虾蛋白相互作用而参与对病毒感染的调节。然而,人们目前对IE1与对虾蛋白相互作用网络尚缺乏全面了解。为此,本研究以鉴定IE1相结合的对虾蛋白为切入点,探究IE1与对虾蛋白的相互作用网络,研究IE1在病毒感染中的功能和作用机制,以揭示病毒侵染和致病的分子机制,所获主要研究结果如下:
1、IE1与对虾蛋白相互作用网络研究
首先,采用基因克隆、原核表达、GST-pulldown和液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)等技术,在获得融合蛋白GST-IE1的基础之上,鉴定凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)血细胞中与IE1相结合的蛋白。结果发现,361个对虾血细胞蛋白可能与IE1发生结合。
其次,将上述IE1潜在互作蛋白进行Geneontology(GO)注释分析。结果显示,361个蛋白中264个蛋白具有GO注释。其中,参与细胞过程和代谢过程的蛋白最多,与响应刺激、信号通路和免疫系统过程等相关的蛋白分别为69、35和13个。
继而,将上述IE1潜在互作蛋白进行KEGG通路注释分析。结果发现,所鉴定到的互作蛋白中有59个具有KEGG通路注释,主要与Focaladhesion(如Src64B、PI3Kα和PI3Kβ等)、Phagosome(如Integrinα-5和Calnexin等)、VEGF(如Paxillin1和COX等)等15条信号通路有关。
最后,结合上述KEGG通路注释结果和已报道结果,对IE1与对虾蛋白的相互作用网络进行预测。结果发现,IE1可能与对虾16条信号通路中的62个蛋白发生相互作用。
2、IE1与对虾Src64B相互作用研究
在上述结果中,我们发现,IE1潜在互作蛋白在Focaladhesion信号通路中注释最多,提示IE1可能参与调控Focaladhesion信号通路。为此,我们选取该通路中的关键蛋白Src64B激酶进行进一步研究。
首先,在本课题组凡纳滨对虾转录组数据中发现了两条Src64B序列与质谱数据相匹配,提示可能为Src64B的两个亚型(命名为LvSrc64B1和LvSrc64B2)。通过设计特异性引物,我们分别扩增获得它们的全长开放阅读框序列。序列分析发现,LvSrc64B1全长1590bp,编码529个氨基酸,LvSrc64B2全长为1578bp,编码525个氨基酸;结构域预测分析发现,LvSrc64B1和LvSrc64B2均具有Src家族的典型结构域,包括1个Src同源序列3(SH3)、1个Src同源序列2(SH2)以及1个酪氨酸激酶域(TyrKc);序列比对分析显示,LvSrc64B1与LvSrc64B2氨基酸的同源性为92.8%,其差异序列主要出现在C端区域,且与人(Homosapiens)Src和果蝇(Drosophilamelanogaster)Src64B序列高度同源;进化树分析显示,LvSrc64B1和LvSrc64B2与其它无脊椎动物Src64B聚成一簇。
其次,原核表达、纯化His-LvSrc64B1和His-LvSrc64B2融合蛋白,并通过GST-pulldown和Westernblot等技术分析His-LvSrc64B1、His-LvSrc64B2与GST-IE1之间的相互作用。结果显示,LvSrc64B1和LvSrc64B2确实均可以与GST-IE1发生特异性结合。
最后,生物信息学分析发现,IE1C端存在两个潜在的Src激酶结合基序(Y196PGP和Y202VIE)。位点突变实验证实,IE1Y196PGP基序中Y196位点可能是介导IE1与LvSrc64B相互作用的关键位点。
3、IE1与对虾Src64B相互作用对病毒感染的调控研究
首先,采用实时定量PCR(qPCR)和WSSV胁迫等策略分析LvSrc64B1、LvSrc64B2与ie1在病毒感染后转录水平的相关性。结果发现,在WSSV胁迫下,LvSrc64B1和LvSrc64B2均能响应WSSV胁迫,且与ie1基因表达模式相近,均在病毒刺激后表达上调,呈正相关关系。
其次,采用RNA干扰、WSSV胁迫等技术探究LvSrc64B敲降后ie1转录水平的变化情况。结果显示,与对照组相比,在LvSrc64B敲降后、病毒刺激12h时,ie1mRNA表达量显著下调,具有极显著性差异(p<0.01)。由此推测,IE1可通过结合LvSrc64B促进其自身基因ie1的转录和WSSV对宿主的感染。
综上所述,本研究首次发现WSSV极早期蛋白IE1可能与凡纳滨对虾Focaladhesion等15条信号通路中的59个蛋白存在相互作用,尤其是IE1Y196位点可能通过结合LvSrc64B1和LvSrc64B2促进其自身基因ie1的转录和WSSV对宿主的感染。所获研究结果为揭示病毒与宿主相互作用网络奠定了良好的基础。同时,有助于寻找预防与治疗病毒的潜在靶点,为设计和开发新的抗病毒药物提供新的思路。
1、IE1与对虾蛋白相互作用网络研究
首先,采用基因克隆、原核表达、GST-pulldown和液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)等技术,在获得融合蛋白GST-IE1的基础之上,鉴定凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)血细胞中与IE1相结合的蛋白。结果发现,361个对虾血细胞蛋白可能与IE1发生结合。
其次,将上述IE1潜在互作蛋白进行Geneontology(GO)注释分析。结果显示,361个蛋白中264个蛋白具有GO注释。其中,参与细胞过程和代谢过程的蛋白最多,与响应刺激、信号通路和免疫系统过程等相关的蛋白分别为69、35和13个。
继而,将上述IE1潜在互作蛋白进行KEGG通路注释分析。结果发现,所鉴定到的互作蛋白中有59个具有KEGG通路注释,主要与Focaladhesion(如Src64B、PI3Kα和PI3Kβ等)、Phagosome(如Integrinα-5和Calnexin等)、VEGF(如Paxillin1和COX等)等15条信号通路有关。
最后,结合上述KEGG通路注释结果和已报道结果,对IE1与对虾蛋白的相互作用网络进行预测。结果发现,IE1可能与对虾16条信号通路中的62个蛋白发生相互作用。
2、IE1与对虾Src64B相互作用研究
在上述结果中,我们发现,IE1潜在互作蛋白在Focaladhesion信号通路中注释最多,提示IE1可能参与调控Focaladhesion信号通路。为此,我们选取该通路中的关键蛋白Src64B激酶进行进一步研究。
首先,在本课题组凡纳滨对虾转录组数据中发现了两条Src64B序列与质谱数据相匹配,提示可能为Src64B的两个亚型(命名为LvSrc64B1和LvSrc64B2)。通过设计特异性引物,我们分别扩增获得它们的全长开放阅读框序列。序列分析发现,LvSrc64B1全长1590bp,编码529个氨基酸,LvSrc64B2全长为1578bp,编码525个氨基酸;结构域预测分析发现,LvSrc64B1和LvSrc64B2均具有Src家族的典型结构域,包括1个Src同源序列3(SH3)、1个Src同源序列2(SH2)以及1个酪氨酸激酶域(TyrKc);序列比对分析显示,LvSrc64B1与LvSrc64B2氨基酸的同源性为92.8%,其差异序列主要出现在C端区域,且与人(Homosapiens)Src和果蝇(Drosophilamelanogaster)Src64B序列高度同源;进化树分析显示,LvSrc64B1和LvSrc64B2与其它无脊椎动物Src64B聚成一簇。
其次,原核表达、纯化His-LvSrc64B1和His-LvSrc64B2融合蛋白,并通过GST-pulldown和Westernblot等技术分析His-LvSrc64B1、His-LvSrc64B2与GST-IE1之间的相互作用。结果显示,LvSrc64B1和LvSrc64B2确实均可以与GST-IE1发生特异性结合。
最后,生物信息学分析发现,IE1C端存在两个潜在的Src激酶结合基序(Y196PGP和Y202VIE)。位点突变实验证实,IE1Y196PGP基序中Y196位点可能是介导IE1与LvSrc64B相互作用的关键位点。
3、IE1与对虾Src64B相互作用对病毒感染的调控研究
首先,采用实时定量PCR(qPCR)和WSSV胁迫等策略分析LvSrc64B1、LvSrc64B2与ie1在病毒感染后转录水平的相关性。结果发现,在WSSV胁迫下,LvSrc64B1和LvSrc64B2均能响应WSSV胁迫,且与ie1基因表达模式相近,均在病毒刺激后表达上调,呈正相关关系。
其次,采用RNA干扰、WSSV胁迫等技术探究LvSrc64B敲降后ie1转录水平的变化情况。结果显示,与对照组相比,在LvSrc64B敲降后、病毒刺激12h时,ie1mRNA表达量显著下调,具有极显著性差异(p<0.01)。由此推测,IE1可通过结合LvSrc64B促进其自身基因ie1的转录和WSSV对宿主的感染。
综上所述,本研究首次发现WSSV极早期蛋白IE1可能与凡纳滨对虾Focaladhesion等15条信号通路中的59个蛋白存在相互作用,尤其是IE1Y196位点可能通过结合LvSrc64B1和LvSrc64B2促进其自身基因ie1的转录和WSSV对宿主的感染。所获研究结果为揭示病毒与宿主相互作用网络奠定了良好的基础。同时,有助于寻找预防与治疗病毒的潜在靶点,为设计和开发新的抗病毒药物提供新的思路。