【修饰专栏】Nature重磅|磷酸化组揭示寨卡病毒致大脑病变机制

来源: 上海中科新生命生物科技有限公司   2019-1-8   访问量:1817评论(0)

不知大家还记得闻风丧胆的寨卡病毒(Zika virus,ZIKV)爆发吗?2016年巴西奥运会前,寨卡病毒在南美洲大规模爆发,随后迅速扩散至40多个国家,成为了全球紧急的公共卫生事件。近两年,ZIKV在东南亚、南美等地区仍流行,已造成数百万人感染。更为重要的是,其感染能引起严重的胎儿小头畸形和格林巴氏综合症,因此ZIKV感染已然成为全球关注的健康问题。直到目前为止,人们对于该病毒是如何引发胎儿严重脑部异常的机制仍不清楚。

寨卡病毒

2018年9月,来自德国的研究团队在顶级期刊《Nature》上以LETTER形式发文,该文利用磷酸化组、蛋白组学的方法,表征了细胞对病毒感染的反应;同时利用互作蛋白质组学方法,鉴定了ZIKV蛋白的细胞靶标,并基于几个组学数据的分析与验证,最终提出了寨卡病毒致大脑病变的机制见解。

nature

研究路线与结果


1. 病毒蛋白与宿主蛋白的相互作用组研究。


作者使用改造的ZIKV病毒(HA标记ZIKV病毒蛋白)和对照病毒(HCV)感染人SK-N-BE2成神经细胞瘤细胞,随后进行病毒-宿主细胞相互作用组学研究(图.1)。研究结果一共鉴定出386种与ZIKV病毒蛋白特异性结合的蛋白质,并产生了484种可信度较高的相互作用(图.2),其中发现了许多病毒宿主结合的新配偶体,包括参与神经元发育的细胞蛋白和信号通路的成分。

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图1(左).ZIKV病毒蛋白与宿主细胞蛋白相互作用组学流程图

图2(右).ZIKV病毒蛋白与宿主细胞蛋白相互作用网络图

2. 神经细胞分化前后,病毒感染对宿主细胞蛋白表达和修饰表达水平的调节。


在胎儿发育的早期阶段,ZIKV主要影响神经元前体细胞(NPC),导致小头畸形和其他神经发育损伤。为深入了解ZIKV感染细胞引发的蛋白及其修饰变化,作者使用人源诱导的多能干细胞衍生的神经元分化模型,并利用蛋白组、磷酸化蛋白质组学,分析hNPCs在分化为神经元期间,病毒感染或病毒蛋白过NS4B表达的细胞中,所有蛋白质在表达水平和修饰水平的变化(如图.3)。研究结果表明,在ZIKV感染后,1216个磷酸化位点发生特异性上调或下调,进一步分析表明,病毒对基本信号通路如AKT,MAPK-ERK和ATM-ATR进行了深度调节,提示ZIKV感染引起的这些通路变化可能是引发细胞增殖停滞的潜在机制。

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3. 为了进一步评估新鉴定的宿主因子与病毒感染的相关性,作者基于病毒在蛋白质组、磷酸化组、相互作用组的结果,挑选了一些细胞靶标进行shRNA敲减,并评估了其对病毒复制的影响,研究最终鉴定了CEND1, CLN6, CHP1, LMOD3 等17个宿主因子对ZIKV复制是必需的。

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图5.shRNA筛选鉴定潜在的ZIKV宿主依赖性因子

小编总结


本文是一篇顶级水平文章,其研究思路简洁清晰,值得我们去学习。

首先,作者利用互作组学寻找病毒-宿主蛋白的互作关系,这能提供病毒蛋白直接作用且可能致病的方式。其次,作者利用蛋白、磷酸化组学的定量分析,重点寻找磷酸化修饰差异的蛋白和位点,这能提供病毒致病的可能作用的宿主细胞通路。而把这两个组学数据结合筛选出的宿主因子,具有被病毒直接调控且介导病毒感染的重要作用。最后,作者对其进行敲减的验证,也证明了其潜在重要作用。因此,该文章我们提供了一个病毒感染细胞的全面框架,对于系统理解ZIKV诱导的蛋白质及其修饰变化及致病机制具有重要的帮助。

值得一提的是,本文的亮点是把前沿的互作组学与修饰组学结合,同时发现了许多重要而关键的新的宿主因子,非常具有创新性。这也充分显示了修饰、蛋白等组学对于介导新机制发现的重要性。


中科新生命专注组学服务15年,推出了多种修饰组的定性和定量分析,欢迎有需求的老师前来咨询。



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