《Science:揭示基因CIITA诱导人细胞抵抗埃博拉病毒和SARS样冠状病毒感染机制》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2020-08-28
  • 在一项新的研究中,来自美国弗吉尼亚梅森大学贝纳罗亚研究所、凯斯西储大学、波士顿大学医学院和MRIGlobal公司的研究人员发现了一种新的细胞保护途径,该途径靶向几种不同大流行病毒中的共同弱点。他们发现这种途径可以保护细胞免受埃博拉病毒和诸如SARS-CoV-2之类的冠状病毒感染。这些新发现使得人们更好地理解参与抵抗病毒感染的细胞机制,从而为治疗未来病毒性传染病提供参考。相关研究结果于2020年8月27日在线发表在Science期刊上,论文标题为“MHC class II transactivator CIITA induces cell resistance to Ebola virus and SARS-like coronaviruses”。

    这项研究阐明了所发现的两个基因的全新作用,以及抑制病毒融合和进入人体细胞的独特方法,这使得我们离下一代抗病毒疗法更近了一步。这些研究人员利用转座子介导的基因激活筛选方法,寻找可以阻止埃博拉病毒感染的新基因。

    这种新的筛选策略可作为发现针对其他危险病原体的抵抗机制的蓝本。利用这种策略,这些研究人员发现了基因CIITA(MHC class II transactivator,MHCII类反式激活蛋白)通过激活第二个基因CD74的表达,诱导人细胞系产生抵抗力。作为CD74的一种形式,p41破坏了称为组织蛋白酶(Cathepsin)的细胞蛋白酶对埃博拉病毒蛋白外壳上的蛋白的加工。这可以阻止这种病毒进入细胞和感染。p41还会阻断包括SARS-CoV-2在内的冠状病毒的组织蛋白酶依赖性进入途径。

    论文通讯作者、弗吉尼亚梅森大学贝纳罗亚研究所首席研究员Adam Lacy-Hulbert博士说,“发现这些新的细胞保护途径对于理解我们如何破坏或改变病毒感染周期以触发更好地抵抗诸如埃博拉病毒和SARS-CoV-2之类的病毒是非常重要的。我们的新策略有助于我们找到传统基因筛查所忽略的机制。”

    这些发现说明了以前被认为参与更传统的T细胞和B细胞介导的免疫反应的基因的新作用。比如,CIITA被理解为对免疫细胞之间的沟通非常重要,但之前并没有将它视为细胞抵御病毒感染的一种方式。

    论文共同第一作者、凯斯西储大学病理学讲师Anna Bruchez博士说,“作为一名病毒学家,我感到兴奋的不仅是这对埃博拉病毒的意义,还有对其他病毒更广泛的影响。包括冠状病毒在内的许多病毒都使用组织蛋白酶来帮助它们感染细胞。幸运的是,当SARS-CoV-2出现时,我最近搬到了凯斯西储大学,并能够利用它的专业BSL3实验室来证明CD74途径也阻止了这种病毒的内体进入。因此,这种抗病毒机制可以对抗许多不同的病毒。”

    论文共同作者、弗吉尼亚梅森大学贝纳罗亚研究所研究员Lynda M. Stuart博士说,“我们真地不了解阻断病毒感染的细胞机制,这限制了我们有效应对流行病的能力,包括今年的新冠冠状病毒疫情。我们真地需要能够阻断所有病毒的疗法,包括未知的未来病原体。要做到这一点,我们需要找到病毒攻击的共同途径,然后开发阻止这些漏洞的方法。我们的研究展示了一种可以通过改造细胞来实现这一点的方法,我们希望我们的新见解将为科学家门开发治疗方法和干预措施开辟新的途径,以治疗影响全世界数百万人生活的病毒性传染病。”

  • 原文来源:https://science.sciencemag.org/content/early/2020/08/26/science.abb3753; https://medicalxpress.com/news/2020-08-discovery-cellular-mechanisms-involved-viral.html
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  • 《EMBO J:揭示胆固醇-25-羟化酶抑制SARS-CoV-2和其他冠状病毒感染机制》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2020-10-09
    • 新型冠状病毒SARS-CoV-2导致2019年冠状病毒病(COVID-19),如今正在全球肆虐。目前还没有美国食品药物管理局(FDA)批准用于治疗COVID-19的方法。虽然有几种疗法正在进行临床试验,但是目前的标准治疗方法包括为患者提供恢复期血清和退烧药。为了加快寻找新的COVID-19疗法,科学家们正在测试可重新利用的药物---已知这些药物在人体中使用是安全的,这是因为它们已获得FDA批准用于治疗其他疾病---减轻这种病毒感染的能力。 在一项新的研究中,来自美国加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员发现胆固醇-25-羟化酶(cholesterol-25-hydroxylase,CH25H)移除细胞膜中的胆固醇,从而阻止冠状病毒SARS-CoV-2进入宿主细胞。相关研究结果近期发表在EMBO Journal期刊上,论文标题为“Cholesterol 25-Hydroxylase inhibits SARS-CoV-2 and other coronaviruses by depleting membrane cholesterol”。论文通讯作者为加州大学圣地亚哥分校医学院儿科遗传学系主任Tariq Rana博士。 将胆固醇从细胞膜中清除可阻止SARS-CoV-2进入 大约6个月前,当Rana开始这项研究时,他汀类药物还不在Rana的考虑范围内。起初,他的团队只是好奇地想看看人肺细胞中哪些基因会因SARS-CoV-2感染而被“开启”。 Rana说,一个名为CH25H的基因“炙手可热”。CH25H编码一种对胆固醇进行修饰的酶。“我很兴奋的原因在于相对于HIV、寨卡病毒和其他一些病毒,我们知道CH25H阻止了这种冠状病毒进入人体细胞的能力。” 这是我们细胞内发生的事情:CH25H的酶活性会产生一种修饰的胆固醇,即25-羟基胆固醇(25-hydroxycholesterol, 25HC)。接着,25HC又会激活另一种叫做ACAT的酶,这种酶在细胞内部的内质网中被发现。ACAT随后会移除细胞膜上可获取的胆固醇。这是一个正常发生的过程,在一些病毒感染期间会加速运行。 Rana及其研究团队从多个角度探究SARS-CoV-2背景下的25HC。他们在实验室中探索了当人肺细胞首先暴露于携带SARS-CoV-2刺突蛋白(其进入细胞的关键)的非感染性病毒或活的SARS-CoV-2病毒本身时,有和没有接受25HC处理的人肺细胞会发生什么变化。 无论他们采用哪种方式,添加的25HC都能抑制这种病毒进入人肺细胞的能力--几乎完全阻断感染。 Rana说,“未经处理的人肺细胞和经过25HC处理的人肺细胞之间的差异就像白天和黑夜一样。” 虽然SARS-CoV-2最初使用ACE2受体结合到人肺细胞上,但Rana的研究表明这种病毒还需要胆固醇(通常存在于细胞膜中),以便与人细胞融合并进入其中。25HC可以移除很多这种膜胆固醇,从而阻止病毒进入。 以一种类似的方式,他汀类药物很可能有利于预防或降低SARS-CoV-2感染的严重程度,这是因为,虽然它们的目的是为了去除血管中的胆固醇,但它们也会去除细胞膜中的胆固醇。因此,这种冠状病毒无法进入人细胞。 Rana说,“这种情况已经在我们的身体里经常发生,因此也许我们只需要利用他汀类药物或其他手段给它一个刺激,以便更好地抵抗一些病毒。这和癌症免疫疗法并不一样---有时候与其直接攻击肿瘤,不如武装患者的免疫系统,让它自己更好地清除肿瘤。” Rana说,如果25HC能被开发成一种治疗方法,它作为抗病毒药物可能比他汀类药物效果更好。这是因为它专门作用于细胞膜中的胆固醇,而不是全身的胆固醇。像很多药物一样,他汀类药物可以导致负面的副作用,包括消化问题和肌肉疼痛,可能并不会作为许多COVID-19患者的一个治疗选择。更重要的是,虽然之前的一些研究已表明他汀类药物也可能会升高ACE2的水平,这可能会让更多的病毒进入人细胞,但Rana团队没有观察到给予25HC之后,这种受体水平增加。 他汀类药物已被FDA批准用于人体使用,但是25HC是一种天然产品,目前只能用于实验室研究。Rana团队计划继续优化25HC,将它作为一种潜在的抗病毒药物。在可能进行人体临床试验之前,还需要许多研究工作需要开展。
  • 《Science:我国科学家揭示植物干细胞免受各种病毒感染机制》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2020-10-19
    • 植物之所以能够无限地生长,是因为它们含有由植物干细胞组成的分生组织(meristem),这些植物干细胞具有独特的能力,能够将自己转化为构成植物的各种特定细胞,并在适当的时候分裂,并根据需要产生任何类型的新细胞。分生组织存在于所有植物的顶端,使得它们能够长出新的茎或新的根。在树木中,分生组织也存在于树干中,能增加树干的周长。 自20世纪50年代以来,人们就知道,位于植物顶端的分生组织,即茎尖分生组织(shoot apical meristem, SAM),具有非凡的能力:即使植物的其他部分被病毒彻底感染,它们也能在产生特定的子细胞时保持无病毒状态。这种情况不仅仅是对一种或甚至几种病毒,而是对各种各样的病毒都是如此。 此后,科学家和农民们利用植物的这个最重要部分的抗病毒能力,从受感染的供者植物中培育出新的植物,但不会把病毒传给所培育出的植物。他们只需剪下植物顶端的一小部分,在试管或培养皿中培养一段时间,然后重复几次,这种剪下来的植物部分通常生长出无病原体的植物。 在一项新的研究中,来自中国科学技术大学、广州大学、四川大学和德国海德堡大学的研究人员对这种不可思议的能力提出了新的见解。相关研究结果发表在2020年10月9日的Science期刊上,论文标题为“WUSCHEL triggers innate antiviral immunity in plant stem cells”。论文通讯作者为中国科学技术大学的Zhaoxia Tian和Zhong Zhao。 这些研究人员将黄瓜花叶病毒(cucumber mosaic virus, CMV)接种到阿拉伯芥(thale cress)植物上,并观察发生了什么。 当黄瓜花叶病毒向SAM扩散时,他们注意到这种病毒在到达一个表达WUSCHEL的区域(下称WUSCHEL表达区域)之前就停止了。通过仔细观察调节蛋白WUSCHEL在这个区域的分布,他们发现这种病毒在接种后试图站稳脚跟的地方出现了更多的WUSCHEL。作为一种极其重要的蛋白,WUSCHEL在植物胚胎发育的早期阶段,在决定干细胞命运的过程中起着关键的调节作用,同时也负责监督SAM,使得它们维持在未分化的状态,并确定它们会产生什么样的子细胞。 他们随后将黄瓜花叶病毒直接接种到阿拉伯芥的干细胞中及其正下方,发现这种病毒只在后一个区域传播。Zhao说,“一种称为地塞米松(dexamethasone)的化学物可以诱导我们测试的植物产生WUSCHEL蛋白。因此,接下来,我们给阿拉伯芥接种更多的黄瓜花叶病毒,然后对其中的一些植物进行地塞米松处理,还有一些植物未接受这种处理。”在未接受地塞米松处理的阿拉伯芥植物中,大约89%的植物感染了这种病毒,但在接受地塞米松处理的阿拉伯芥植物中,90%的植物并未受到这种病毒入侵。 WUSCHEL是如何战胜这种病毒的呢?这些研究人员发现,WUSCHEL蛋白的作用是抑制黄瓜花叶病毒蛋白的产生。 病毒不能自己制造蛋白,而是劫持有机体的蛋白装配线来产生它们自己的病毒拷贝。对调节SAM有很大作用的WUSCHEL蛋白实质上已经冻结了所有的蛋白产生---无论是植物自己的蛋白产生还是被这种病毒劫持时的蛋白产生--从而阻止了这种病毒的复制。 Zhao说,与阿拉伯芥中直接产生WUSCHEL蛋白的基因相似的基因在植物王国中非常普遍,因此这些研究人员对“这种策略是否可以应用于育种以在未来获得广谱抗病毒作物品种”很感兴趣。