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科学防疫,共克时艰,病毒病理学的蛋白组学研究指南

发布时间: 2020-02-03
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新型高致病性冠状病毒(2019-nCoV)在中国的出现及其在国内和国际的迅速传播构成了全球卫生紧急情况。全国范围内各省陆续启动重大突发公共卫生事件一级响应,14亿人民众志成城,奋斗在这场看不见硝烟的战争之中。

值得注意的是,技术的进步为疫情的防控提供了宝贵的时间和指导意义。1月10日,新型冠状病毒的基因组被破译。随后不久,2019-nCoV核酸检测试剂盒研制成功,应用于一线疫情防控。一项项科研成果的陆续取得,为我们奠定了坚决打赢疫情防控阻击战的信心。

作为一种未知的新型病毒,2019 nCoV仍有诸多问题需要深入解决,并藉此开发更有效的治疗和预防手段。近年来,NatureCell等高水平学术期刊报道了科学家运用蛋白质组学技术开展的病毒学、致病病理学研究成果,对于此次肺炎疫情的进一步研究具有一定参考意义。

科学防疫,共克时艰,病毒病理学的蛋白组学研究指南

科学防疫,共克时艰,病毒病理学的蛋白组学研究指南

病原体入侵包括几个基本的步骤:

1,病原体和宿主细胞相互识别,通过内吞或者膜融合等方式进入到宿主细胞内;

2,病原体与宿主细胞发生一系列的相互作用,病原体能够干扰宿主细胞的免疫系统、劫持宿主细胞的部分原件为病原体利用;

3,实现病原体本身的复制、增殖和释放。

科学防疫,共克时艰,病毒病理学的蛋白组学研究指南

病原体入侵的基本的步骤

从这个角度出发,蛋白质组学技术可用于以下研究:(1)发现新的互作蛋白复合体;(2)解析病毒侵染前后宿主和病原体蛋白的表达和翻译后修饰变化;(3)解析侵染过程中的蛋白质动态时空分布变化。

1.Nature:蛋白质组学揭示新型寨卡病毒宿主因子

Pietro S, et al., 2018, An orthogonal proteomic survey uncovers novel Zikavirus host factors. Nature.

2015年,寨卡病毒(ZIKV)在巴西突然爆发,短短半年内造成4000多个出现小头畸形的新生儿,经世界卫生组织宣布列为“全球关注的突发公共卫生事件”。2018年9月,Nature上报道了研究成果:德国科学家利用蛋白质组学、磷酸化修饰组学分析ZIKV蛋白和寄主细胞的相互作用,综合确定了ZIKV宿主依赖因子,并为系统理解 ZIKV 对蛋白质层面和细胞通路层面上的扰动提供了一个全面的框架。

研究者使用整合蛋白质组学方法,鉴定与人SK-N-BE2神经母细胞瘤细胞中表达的10种ZIKV蛋白中的每一种相互作用的细胞蛋白和相关复合物,研究鉴定到了386种 ZIKV 相互作用蛋白、ZIKV 特异性和泛黄病毒活性相关的宿主因子,并绘制了神经元细胞中的ZIKV蛋白-宿主蛋白相互作用网络。

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神经细胞中的ZIKV蛋白-宿主蛋白相互作用网络

此外,研究者还运用磷酸化修饰组学分析确定了在 ZIKV 感染后特异性上调或下调的1,216个磷酸化位点,表明病毒感染引起基本信号传导通路如 AKT,MAPK-ERK和ATM-ATR 的深度调节,为 ZIKV 感染引起的增殖停滞提供了新的见解。

2. CELL:蛋白组学研究揭示埃博拉病毒发病机制

Jyoti Batra, et al, 2018. Protein Interaction Mapping Identifies RBBP6 as a Negative Regulator of Ebola Virus Replication. Cell.

埃博拉病毒(Ebola Virus)是世界上最致命的病毒之一,曾引发多次疫情。2019年7月17日,埃博拉病毒再次肆虐刚果民主共和国,经世卫宣布列为“突发公共卫生事件”。与其他病毒一样,埃博拉病毒会入侵宿主细胞并利用这些细胞进行复制,但对于感染期间病毒侵入的具体途径和细节,目前科学家还知之甚少。

2018年12月13日,国际专业学术期刊CELL发文,研究人员采用了亲和标记纯化质谱(AP-MS)技术,探查人类蛋白和埃博拉病毒蛋白之间的相互作用,研究共鉴定到194种病毒-人类互作蛋白,涉及6种埃博拉病毒。他们不仅发现了埃博拉病毒蛋白VP30和人类蛋白RBBP6之间相互作用的有力证据,还确定了RBBP6与VP30结合的23个氨基酸区域。

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埃博拉病毒蛋白VP30和人类蛋白RBBP6之间相互作用

结果证明,RBBP6模仿了一种名为NP的埃博拉蛋白。埃博拉病毒复制需要VP30和NP彼此结合。人类RBBP6蛋白通过与VP30连接打断这个过程,阻断两种埃博拉病毒蛋白连接,从而阻止病毒复制。而进一步研究表明,抑制RBBP6会刺激病毒转录,加速埃博拉病毒的复制;而上调RBBP6蛋白表达则会有效抑制埃博拉病毒复制,阻止病毒感染。除此之外,RBBP6蛋白同时也出现在其他的病毒-蛋白相互作用图谱中,意味着它在免疫系统中可能起着重要作用。

3.Nat Microbiol:新进展!中国学者运用蛋白质组学发现人类新型抗艾滋病毒蛋白

Liu Y, et al., 2019, Proteomic profiling of HIV-1 infection of human CD4+ T cells identifies PSGL-1 as an HIV restriction factor, Nat Microbiol.

人类免疫缺陷病毒(Human Immunodeficiency Virus;HIV)是造成人类免疫系统缺陷的一种病毒。在世界范围内导致了近1200万人的死亡,超过3000万人受到感染。艾滋病病毒感染细胞时,能够挟持细胞中一些重要的蛋白质降解通路,大范围地影响宿主细胞中的蛋白质的稳定性,因此,仅仅通过二代测序得到转录组变化很难全面反映艾滋病病毒在感染过程中与宿主细胞间的相互抑制的关系。如何用科学的方法找到阻断HIV感染的限制因子,在HIV的诊治中意义深远。

2019年3月4日,清华大学药学院谭旭课题组,复旦大学周峰课题组和美国乔治梅森大学吴云涛课题组运用蛋白组学技术对HIV-1感染的人类原发性CD4+ T细胞进行分析,在总共鉴定出的大约14000种蛋白中,找到了近千个蛋白有显著变化在这些宿主蛋白中,研究人员重点关注了人类细胞中的一种新型抗艾滋病毒蛋白PSGL-1(P-selectin glycoprotein ligand 1),一种被HIV下调的蛋白质。

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HIV感染的人类原发性CD4+ T细胞蛋白质图谱

为了揭示HIV感染的CD4+T细胞蛋白质表达谱的变化,研究人员通过iTRAQ标记的蛋白质组学定量分析技术(质谱策略),对三类CD4+ T细胞(用含GFP的HIV感染和分类后的GFP+ (G+) 细胞、GFP− (G−)细胞;用于模拟感染和分类的V-细胞,样本策略)做了蛋白组学分析。研究揭示了PSGL1作为HIV感染的新型阻断因子,自身稳定性受到HIV-1 Vpu调控。在IFN-γ调控的抗病毒感染中作为重要一员,通过抑制HIV的复制,阻断子代病毒体的感染,可为开发新的抗HIV药物提供潜在的目标。

此外,本文也揭示了蛋白质组学技术在病毒感染类关键调控因子的筛查中的重要作用。病原微生物感染细胞时,能够挟持细胞中一些重要的蛋白质降解通路,大范围地影响宿主细胞中的蛋白质的稳定性,因此,仅仅通过基因组、转录组变化很难全面反映病原微生物与宿主互作机制。蛋白质组学针对宿主细胞蛋白质水平全局性的分析,能够深入而直观的揭示其中的分子机制与动态变化。

4.Nat Commun:蛋白组学“大案牍术”揭示阻止禽流感病毒向人类传播的决定因素

Boris Bogdanow, et al., The dynamic proteome of influenza A virus infection identifies M segment splicing as a host range determinant. Nat Commun.

甲型流感病毒(IAV)是一种带有分段基因组的负义单链RNA病毒,可以感染哺乳动物和鸟类。但是,在鸟类中复制的毒株通常不会感染哺乳动物,当具有新抗原性的禽源流感病毒株获得在人之间传播的能力时,就会引发严重的疫情。因此,了解宿主特异性的分子基础具有重要的医学意义。

2019年12月,德国马克斯·德尔布吕克分子医学中心Matthias Selbach教授在国际专业学术期刊Nature Communications上发文,使用代谢脉冲标记和定量质谱技术比较人类适应的 IAV病毒株和鸟类适应的 IAV病毒株侵染人细胞后的蛋白质组动力学。研究者发现宿主蛋白的行为非常相似,但是病毒蛋白的产生却有很大差异,尤其是对于基质蛋白M1,M节段中一段保守的顺式调控元件是流感病毒侵染宿主的决定因素。

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IAV感染细胞的动态蛋白质组

以上即为今天的分享,因篇幅有限,如果您想了解研究更多细节,可后台点击“文章搜索”,输入关键词(如病毒),检索更多研究案例。


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