甲型流感病毒与宿主蛋白相互作用对病毒复制周期的影响_王瑶琦.pdf
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1、2023(15):41-46,131专论与综述 fusion peptide and feline Coronavirus virulence J.Emerg Infect Dis,2012,18(7):1089-1095.45 FELTEN S,WEIDER K,DOENGES S,et al.Detection of feline Coronavirus spike gene mutations as a tool to diagnose feline infectious peritonitis J.J Feline Med Surg,2017,19(4):321-335.46 BARK
2、ER E N,STRANIERI A,HELPS C R,et al.Limitations of using feline Coronavirus spike protein gene mutations to diagnose feline infectious peritonitis J.Vet Res,2017,48(1):60.Research progress on diagnostic methods of feline infectious peritonitisXU Xiaolin,WANG Huiyu,YUAN Xiangfen,KONG Yufang,WU Shaoqia
3、ng(Institute of Animal Inspection and Quarantine,Chinese Academy of Inspection and Quarantine,Beijing 100176,China)Abstract:Feline infectious peritonitis(FIP)is a systemic and fatal disease caused by Feline infectious peritonitis virus(FIPV).In recent years,FIP has been widely prevalent around the w
4、orld,and the infection rate is on the rise.This paper summarized the diagnostic methods of FIP in order to provide reference and guidance for clinical and laboratory diagnosis of FIP.Keywords:feline infectious peritonitis;Feline coronavirus;effusion;diagnosis;immunohistochemistry;gene mutations(020)
5、收稿日期:2022-11-20;修回日期:2023-02-13基金项目:辽宁省“兴辽英才计划”项目(XLYC2007114);辽宁省重点研发项目(2020JH2/10200035)作者简介:王瑶琦(2000 ),女,硕士研究生,研究方向为分子病毒学,wangyaoqi0524 .通信作者:张莹(1982),女,教授,博士,研究方向为分子病毒学,yingzhang18 .DOI:10.13881/ki.hljxmsy.2022.11.0212 甲型流感病毒与宿主蛋白相互作用对病毒复制周期的影响 王瑶琦1,汤思淇1,李海玲1,冯亚莉1,徐艺娜1,苏超凡1,冷昊钰1,王永涛1,张月美2,太晓春3,张
6、 莹1(1.沈阳农业大学 动物科学与医学学院,沈阳 110161;2.高唐县畜牧水产事业中心,山东 高唐 252800;3.山东海利生物制品有限公司,山东 潍坊 262233)中图分类号:S855.3 文献标识码:A文章编号:1004-7034(2023)15-0041-07摘 要:甲型流感病毒(Influenza A virus,IAV)是一种通过消化道、呼吸道等途径传播且危害严重的人畜共患病原体。目前,接种疫苗仍是预防流感最有效的方法,但流感病毒极易发生基因重组和变异从而产生新型流感病毒,导致动物体无法获得对流感病毒的持久免疫力,为疫苗的研制带来困难。对病毒与宿主因子之间的相互作用进行研究
7、,可以为筛选出与病毒蛋白存在相互作用的宿主因子并深入研究其具体机制提供资料。因此,文章对 IAV 与宿主蛋白相互作用,这些相互作用促进病毒繁殖与复制的分子机制及激发宿主防御机制的研究进展进行了综述,以期为深入理解 IAV 感染的分子机制及机体的抗病毒机制提供参考。关键词:甲型流感病毒;蛋白质;病毒-宿主;相互作用;宿主因子;宿主防御 开放科学(资源服务)标识码Open Science Identity(OSID)甲型流感病毒(Influenza A virus,IAV)属于正黏病毒科流感病毒属,是由 8 个负链 RNA 片段组成的一种传染性极强的人畜共患病原体,可感染禽类、人类及其他哺乳动物,
8、严重危害公共卫生和社会经济。IAV 同其他病毒一样,需要依赖宿主细胞完成生命周期,在生命周期的各个阶段均有宿主蛋白的参与,它们与病毒自身蛋白相互作用对病毒的复制周期产生促进或抑制作用,进而调控流感病毒的复制。影响IAV 复制的宿主因子见表 1。IAV 的 8 个基因组片段编码 10 种必需蛋白如聚合酶碱性蛋白 1(PB1)、聚合酶碱性蛋白 2(PB2)、142023(15):41-46,131专论与综述 表 1 影响 IAV 复制的宿主因子Table 1 Host factors affecting IAV replication病毒蛋白促进因子抑制因子参考文献vRNPsANP32A/B、UA
9、P56、PRMT5、CNOT4、FMRP hnRNP AB、TRIM32、PKP2、PLSCR1、MOV10、HDAC6、HAX11-12HASLC35A1、FFAR2、Cav1.2、PARP1、IGDCC4B4GALNT213-18NAHsp90-19M1C1qAHsc70、CypA20-22M2UBR4-23NS1eIF4GI、PABP1、RIG-、TRIM25、PI3K、PKR2 CPSF30、NF908,24-28NS2HRB、F1Fo-ATPase、CHD3ASB1329-32PB1-F2NLRX1、ANT3、VDAC-1-33-34 注:粗体为文中提及到的影响 IAV 复制的宿主因
10、子;-表示无相关项目。聚合酶酸性蛋白(PA)、血凝素(HA)、核蛋白(NP)、神经氨酸酶(NA)、基质蛋白(M1)、离子通道蛋白(M2)、非结构蛋白 1(NS1)、非结构蛋白 2(NS2)和非必需附件蛋白如 PB1-F2、PA-X 等。这些蛋白质会参与病毒复制周期的不同阶段,包括吸附、入侵、vRNP 入核、病毒基因组的转录及复制、子代 vRNP 出核及病毒在细胞质中的组装和出芽释放等(见 131 页彩图 1)35。现如今,通过使用抗流感药物和接种疫苗两种方法可有效防治流感病毒,但由于流感病毒易发生突变和重组,现有的抗流感药物和疫苗效果逐渐下降,因此寻找新的抗病毒机制至关重要。虽然对病毒的生命周
11、期及参与的宿主因子有了一定认识,但流感病毒与宿主因子相互作用的具体机制还有待于深入了解。本文综述了病毒蛋白与宿主蛋白相互作用对流感病毒复制周期的调控作用,以期为深入理解IAV 感染的分子机制及机体的抗病毒机制提供参考,为进一步研发抗流感病毒的药物和疫苗指明方向。1 IAV 的复制周期及相互作用的宿主因子IAV 的复制周期主要包括 5 个阶段:吸附与入侵、vRNP 入核、转录和复制、子代 vRNP 出核及 vRNP的组装和出芽释放。这一整个生命周期都有宿主蛋白的参与,它们与病毒自身蛋白相互作用调控病毒生命周期的各个阶段,而深入了解 IAV 复制周期的各个阶段有助于找到防治流感病毒的新机制。1.1
12、 吸附与入侵IAV 感染细胞的第一步是病毒粒子表面的 HA与宿主细胞表面的唾液酸受体结合,从而将病毒粒子吸附至细胞膜表面36。唾液酸受体可分为唾液酸-2,6-半乳糖和唾液酸-2,3-半乳糖,前者与人流感病毒结合而后者与禽流感病毒结合37。病毒吸附后,很快就会被宿主细胞内吞形成内体,内体在运输的过程中不断酸化,促进了 HA 前体 HA0 被细胞的蛋白酶水解-活化-裂解为 HA1 和 HA2,HA2 暴露出N 端的融合肽进而插入到内体膜中,促进内体膜与病毒包膜的融合,将病毒粒子释放入细胞质中,使 M1与 vRNP 分离,完成脱壳38。参与吸附与入侵的宿主因子有 Cav1.2、FFAR2、SLC35
13、A1 和免疫球蛋白超家族 DCC 亚类成员 4(IGDCC4)等。IAV 进入宿主细胞的第一步是 HA 与宿主细胞表面的唾液酸受体结合,从而使流感病毒附着在细胞表面39,唾液酸受体的转运蛋白 SLC35A1能够将一部分唾液酸转运到细胞表面,促进了唾液酸与 HA 的结合,从而促进病毒粒子进入宿主细胞中13。Wang G.W.等14研究结果表明,FFAR2 蛋白与病毒 HA 和 M2 的相互作用是通过 FFAR2-arrestin1-AP2B1 信号级联介导流感病毒有效内吞到宿主细胞内来实现的。此外,电压依赖型钙离子通道Cav1.2 与 HA 是通过 Cav1.2 的结构域相互作用的,IAV 感染
14、诱导钙离子(Ca2+)流入细胞,细胞内高Ca2+水平可促进 IAV 的内吞摄取15。Song Y.M.等17研究结果表明,IGDCC4 通过与 HA 相互作用促进病毒内化到宿主细胞中。而在病毒吸附过程中,糖基转移酶 B4GALNT2 能够阻碍 HA 与唾液酸受体结合,从而抑制病毒粒子吸附细胞18。1.2 vRNP 入核众所周知,IAV 的 vRNP 是在宿主细胞的细胞核内进行转录和复制的,而 vRNP 需要通过核孔(NPC)进入细胞核中39。构成 vRNP 的四种蛋白 PA、PB1、PB2 和 NP 都含有核定位信号(NLS),其中 NP 和PB2 可以单独进入细胞核,而 PB1 和 PA 则
15、需要形成二聚体进入细胞核。参与 vRNP 入核的宿主因子主要有莫罗尼白血病病毒 10(MOV10)和磷脂酶 1(PLSCR1)。Luo W.Y.等9研究结果表明,PLSCR1 可通过与 NP 和输入蛋白 族成员形成三聚体复合物,抑制输入蛋白 进入复合物中,从而破坏 NP 的核输入,抑制病毒复制。宿主因子 MOV10 也可抑制 NP 入核,发挥同PLSCR1 一样的作用10。此外,筛选发现还有很多宿主蛋白参与 vRNP 的入核过程,如 ACP2、MxA 和Hsp40 等。1.3 转录和复制当 vRNP 进入细胞核后,病毒基因组开始进行转242023(15):41-46,131专论与综述录和复制。
16、vRNP 上的 RNA 依赖性 RNA 聚合酶是由PB1、PB2 和 PA 构成的,其中 PB1 具有 RNA 聚合酶功能,是病毒转录和复制的活性中心,PB2 具有结合宿主 5mRNA 帽子结构的活性,而 PA 则具有核酸内切酶活性39-40。病毒基因组 vRNA 在细胞核中充当合成 mRNA 和 cRNA 的模板,而 cRNA 又是合成子代vRNA 的模板40。经过转录产生的 mRNA 被释放到细胞质中与宿主细胞的核糖体合成病毒蛋白质,新合成的病毒蛋白质进入细胞核中协助病毒 mRNA 转录和 vRNA 复制。参与转录和复制的宿主因子有 ANP32A/B、CNOT4、UAP56、YBX3 和
17、ZAP 等。ANP32A/B 是IAV 聚合酶发挥功能所必需的宿主因子,它们为结构类似的同一家族蛋白,在流感病毒复制过程中发挥的作用一致,且二者存在功能补偿机制。ANP32A/B 与RdRp 的相互作用发生在宿主细胞的细胞核内,这种相互作用能促使 cRNA 合成 vRNA,从而促进流感病毒的复制41-42。Zhang H.L.等1研究结果表明,人类 ANP32A/B 是决定病毒聚合酶活性和病毒复制的关键宿主因子。但禽源 ANP32B 的 129/130 氨基酸位点突变会导致其丧失对流感病毒聚合酶活性的支持,而 ANP32A 可以通过提高人体内 PB2 627E 位点的禽流感病毒的聚合酶活性促进
18、流感病毒复制,这证明禽 ANP32A 已成为独立的支持流感病毒聚合酶活性的 ANP32 蛋白家族成员之一。但若在人类细胞中敲低 ANP32A 和 ANP32B 则会导致病毒聚合酶活性降低,进而抑制病毒复制。此外,F.Momose 等2研究结果表明,细胞剪接因子 UAP56 可与 NP 相互作用促进 NP-RNA 复合物的形成,进而促进了新生病毒 RNA 的复制。PB2 可单独与精氨酸甲基转移酶 5(PRMT5)相互作用并影响 vRNA 转录过程,当沉默PRMT5 后抑制了 PB2 识别和夺取宿主 pre-mRNA 的帽子结构,说明 PRMT5 可通过促进 PB2 的抢帽过程来促进 IAV 的复
19、制3。另外,宿主因子 CNOT4(一种E3 泛素连接酶)与细胞中的病毒蛋白 NP 相互作用并介导其泛素化,从而促进病毒 RNA 的复制4。NS1 与宿主因子 eIF4GI 和 PABP1 相互作用促进了病毒 mRNA 的翻译,提高了病毒复制水平,直接增强了病毒颉颃宿主细胞的抗病毒反应能力24。核不均一蛋白(hnRNP AB)可以通过抑制病毒mRNA 的核输出来抑制 IAV 的复制,当 hnRNP AB 与NP 结合后可抑制 poly(A)+RNA 从 UAP56 向 ALY和 NXF1 的转移,增强 hnRNPAB 对病毒 mRNA 出核的抑制作用6。Qin Z.Q.等43研究结果表明,宿主蛋
20、白 YBX3 可与 vRNP 复合物相互作用并在 IAV 感染早期抑制病毒初级转录来负调控病毒复制。此外,TRIM32 是一种 E3 泛素连接酶,可靶向病毒 PB1,介导 PB1 泛素化和随后的蛋白质降解,导致聚合酶活性降低,进而抑制流感病毒的翻译阶段7。已知 IAV聚合酶活性需要 PB2 和 PB1 的 C 末端相互作用,而噬膜蛋白 2(PKP2)的 N 末端结构域能与 PB1 的 C端结构域结合,从而阻断 PB2 与 PB1 的相互作用,进而降低病毒聚合酶活性8。Chen H.等11研究结果表明,组蛋白去乙酰化酶6(HDAC6)介导了病毒蛋白PA 去乙酰化并降低了其蛋白质的稳定性,而且 P
21、A的 Lys(644)是乙酰化和泛素化的靶点,HDAC6 可抑制 RNA 的转录和复制,而当 HDACb 不存在时则可促进转录和复制,IAV RNA 聚合酶活性也发生了改变,这都依赖于 HDAC6 的催化活性,由此可见 HDAC6可以通过 PA 的去乙酰化来抑制 IAV 的 RNA 聚合酶活性,进而抑制 IAV 基因组转录和复制。另外,W.B.Hsu 等12研究结果表明,HAX1(一种具有抗凋亡功能的蛋白质)在体外和体内均能特异性与 PA 的MLS 结构域相互作用,与 HAX1 的结合会阻碍 PA 的核转运,从而阻止病毒复制。锌指抗病毒蛋白(ZAP)是一种具有抗病毒活性的宿主因子,病毒蛋白 N
22、S1与其结合后会通过降低病毒 mRNA 水平并抑制其翻译来抑制 IAV 蛋白的表达44。1.4 子代 vRNP 出核在完成子代 vRNP 的合成后通过 CRM1 出核途径或出核信号(NES)将新合成的子代 vRNP 从细胞核释放到细胞质中,进行将新合成的 vRNP 组装到子代病毒颗粒的过程。在子代 vRNP 出核过程中,NS2和 M1 与 vRNP 的出核有关45。在细胞核中,M1 与vRNP 结合形成 M1-vRNP 复合体,参与 vRNP 从细胞核到细胞质的运输,而 NS2 通过与 CRM1 和 M1 形成蛋白复合体促进子代 vRNP 的出核,NS2 在结构上可分为对蛋白酶敏感的 N 端和
23、对蛋白酶具有抵抗性的 C 端,N 端结构域含有富含亮氨酸的出核信号NES1 和 NES2,其中 NES2 的出核活性受宿主因子CRM1 介导,而 C 端与 M1 结合,从而形成 CRM1-NS2-M1-vRNP 出核复合物,随后以复合物的形式输出到细胞质中46。当 vRNP 复合物出核后,NEP 会从 vRNP 复合物上解离,并行使其他功能。参与子代 vRNP 出核的宿主因子有 HRB、CHD3、ASB13 和 Nup98 等。A.J.Eisfeld 等29研究结果表明,病毒蛋白 NEP 与宿主蛋白 HRB 相互作用促进了vRNP 的出核,而使用 siRNA 干扰 HRB 蛋白的表达发现,缺乏
24、功能性 HRB 的宿主细胞显著抑制了子代病毒的产生,说明 HRB 与病毒蛋白 NEP 相互作用对IAV 的复制起促进作用。CHD3 能够与 NS2 的 NES1相互作用促进 vRNP 出核,若 NES1 发生突变则可显著抑制 vRNP 的出核和病毒传播31。此外,NS1 与TAP/NXF1、P15、Rael、E1B-AP5 形成抑制性复合物,这些复合物可与 mRNA 和核孔蛋白 NUP98 相互作用促进病毒 mRNA 从细胞核输出,进而促进 vRNP 的出342023(15):41-46,131专论与综述核47。ASB13 与 NEP 相互作用促进了 NEP/NS2 的K63 位泛素化,由于
25、K63 位泛素化通常能够改变靶蛋白活性而不会引起靶蛋白降解,因此 ASB13 能抑制 NEP/NS2 的出核,进而影响病毒 vRNP 的出核过程32。1.5 vRNP 的组装、出芽和释放在 vRNP 出核后,在细胞质中与其他成分一起组装成病毒粒子,随后被运送至细胞膜出芽释放。在出芽过程中有多种病毒蛋白的参与,如 NA、M1、M2 和HA,其中 HA 和 NA 定位于细胞膜脂筏,使细胞膜发生变性,病毒开始出芽,M1 可以将 vRNP 和 M2 聚集到出芽位点,而 M2 可以稳定出芽位点,将芽泡与脂筏的联系断开,即完成出芽过程。但当出芽完成后,病毒粒子表面的 HA 仍与唾液酸受体结合造成病毒粒子的
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