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PNAS:人类细胞中的一种先天机制能阻止埃博拉病毒的传播

2024-5-24 08:02| 发布者: 小小牧童| 查看: 92| 评论: 0|原作者: 小小牧童

摘要: 图片:根据宾夕法尼亚大学兽医学院领导的一项新的研究,人类细胞中的一种先天机制可能会阻止埃博拉病毒的传播。利用强大的共聚焦显微镜,他们追踪了细胞中病毒样颗粒的出芽(如右上方细胞中的丝状突起所示),以及自噬( ...


图片:根据宾夕法尼亚大学兽医学院领导的一项新的研究,人类细胞中的一种先天机制可能会阻止埃博拉病毒的传播。利用强大的共聚焦显微镜,他们追踪了细胞中病毒样颗粒的出芽(如右上方细胞中的丝状突起所示),以及自噬(一种“自食”细胞过程,通过该过程病毒蛋白被隔离在囊泡中(如左下方细胞所示),如何抑制病毒样颗粒的排出。

在为生存而战的进化过程中,病毒已经发展出了引发感染并使其永久存在的策略。例如,埃博拉病毒一旦进入宿主细胞,就会劫持分子途径进行自我复制,最终从细胞中返回到血液中,在那里它可以进一步传播。

但在埃博拉病毒和许多其他病毒的例子中,我们自己的细胞并非没有防御能力。在《美国国家科学院院刊》上发表的一项研究中,宾夕法尼亚大学兽医学院的科学家们领导的团队发现了一种人类细胞阻碍埃博拉病毒排出能力的方法。

研究小组发现,病毒和宿主蛋白质之间的相互作用促使宿主细胞增强负责消化和回收蛋白质的途径的活性。这种活动被称为自噬“自食”,允许更少的病毒颗粒到达宿主细胞表面,从而减少可以进入血液并进一步传播感染的数量。

“这种相互作用似乎是先天防御机制的一部分,”宾夕法尼亚大学兽医学院教授、该研究的资深作者Ronald N. Harty说。“人类细胞似乎专门针对一种关键的埃博拉病毒蛋白,并将其引导到自噬途径,这是细胞处理和回收废物的方式。”

这项调查来自哈蒂实验室长期关注的一个领域:在埃博拉病毒和马尔堡病毒中发现的病毒蛋白VP40与各种人类蛋白质之间的相互作用。在该小组之前的工作中,他们发现VP40的一个区域,被称为PPXY基序,与特定宿主蛋白质上的相应基序(称为WW结构域)结合。

在许多情况下,这种PPXY-WW相互作用会导致更多的病毒颗粒在一个称为“萌芽”的过程中离开细胞。但在筛选被认为在这一过程中发挥作用的各种宿主蛋白质时,文章第一作者Jingjing Liang发现,一些蛋白质在与VP40结合时起了相反的作用,导致出芽减少。其中之一是一种名为Bag3的蛋白质。

虽然埃博拉是一种潜在的致命病毒,但研究人员可以在生物安全2级实验室安全地研究它的工作原理,用表达VP40的病毒样颗粒(VLPs)代替病毒本身。这些VP40 vlp没有传染性,但可以像真的一样从宿主细胞中发芽。

在这项新研究中,宾夕法尼亚大学兽医学院的研究人员和德克萨斯州生物医学研究所的同事们深入研究了Bag3减少发芽的机制。Bag3被称为“共同伴侣”蛋白,参与与其他蛋白质形成复合物,并在它们被消化的旅程中陪伴它们,最终在称为自溶酶体的细胞器中被消化,这是自噬过程的一部分。利用VP40 VLPs, Harty小组证实VP40与Bag3结合并形成蛋白质复合物。当研究人员加入一种已知能阻止这种复合物形成的化合物时,他们看到VP40被释放出来;VLP出芽活性随后增加。

为了实时跟踪VP40的活动,该团队使用了强大的共聚焦显微镜,用不同的荧光标签标记每个感兴趣的参与者。他们观察到,Bag3参与了将VP40隔离在细胞囊泡中的过程,这些囊泡将继续进行自噬。VP40被困在这些囊泡中,注定要进入细胞的“回收中心”,无法移动到细胞膜和芽上。

“我认为我们展示的最有趣的事情之一是货物的选择性,”Liang说。“我们表明,自噬不仅仅是被动地发生。Bag3通过PPXY-WW相互作用特异性靶向VP40进行自噬。”

当研究人员加入增强自噬的药物雷帕霉素时,VP40的隔离增加,VLP的萌芽减少。雷帕霉素通过抑制一种被称为mTORC1的蛋白质复合物控制的途径的活性起作用,mTORC1是一种细胞传感器,当细胞需要原料生长时,它会启动蛋白质合成。研究人员发现,这种途径似乎在调节埃博拉感染方面很重要;在生物安全4级实验室中用活病毒进行的实验中,他们观察到病毒可以激活mTORC1信号,导致细胞“工厂”生产病毒扩张和传播所需的物质。相反,用雷帕霉素抑制mTORC1将病毒导向自噬途径,在那里它将被细胞的自溶酶体消化。

“病毒想要细胞生长,所以它激活了mTORC1,自噬则相反,它能保持细胞物质的平衡。”

自噬对正常的细胞过程很重要,它确保细胞不会被不必要的或错误折叠的蛋白质和其他漂浮的物质弄得乱七八糟。但这项工作也表明,身体可以利用自噬来抵御有害的感染。

“我们的概念是,这是我们的身体和病毒之间军备竞赛的一部分,”Liang说。“病毒想要塑造有利于自身和自身生存的环境,所以它进化为操纵mTORC1。但细胞也可以利用这种途径来抵御病毒感染。”

通过对人体对埃博拉病毒的先天防御能力的深入了解,研究人员希望了解自噬是否可能是其他出血性病毒感染的一个因素,例如导致马尔堡热和拉沙热的病毒感染。虽然目前的实验主要是使用人类肝细胞系进行的,但该团队还想测试自噬和mTORC1途径是否参与其他细胞类型的病毒防御,例如免疫系统的巨噬细胞,即参与传播感染的主要细胞。

最终,Harty, Liang和他的同事们希望尽可能多地发现病毒的弱点,帮助告知可能成为治疗鸡尾酒的一个组成部分的药物,每个药物针对不同的感染阶段,从病毒进入到退出。

Harty说:“这一切都与我们理解病毒-宿主相互作用的总体目标联系在一起,并通过理解它们,努力干预以减缓或阻止感染。”

文章标题Chaperone-assisted selective autophagy targets filovirus VP40 as a client and restricts egress of virus particles

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