《Cell子刊详解:冠状病毒是模仿人类蛋白的高手》

  • 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:2020-11-12
  • 在一项新的研究中,来自美国哥伦比亚大学医学中心的研究人员发现冠状病毒善于模仿与COVID-19严重疾病有关的人类免疫蛋白。相关研究结果近期发表在Cell Systems期刊上,论文标题为“A Sweep of Earth’s Virome Reveals Host-Guided Viral Protein Structural Mimicry and Points to Determinants of Human Disease”。

    许多植物和动物使用模仿的艺术来欺骗它们的猎物或捕食者。病毒也采用了类似的策略:病毒蛋白可以模仿宿主蛋白的三维形状来欺骗宿主,从而帮助病毒完成其生命周期。

    论文通讯作者、哥伦比亚大学瓦格洛斯内外科医生学院系统生物学助理教授Sagi Shapira博士说,“病毒使用模仿的原因与植物和动物一样---欺骗。我们推测,识别病毒蛋白的外观相似物将为我们提供有关包括SARS-CoV-2在内的病毒如何导致疾病的线索。”

    冠状病毒是模仿高手

    在这项新的研究中,Shapira利用超级计算机,用类似于三维面部识别软件的程序搜索病毒模仿物。他们扫描了地球生态系统中的7000多种病毒和4000多种宿主,发现了600万个病毒模仿的实例。

    Shapira说,“模仿是病毒中一种比我们想象中更普遍的策略。它被所有类型的病毒使用,无论病毒基因组的大小,病毒如何复制,或者病毒是否感染细菌,植物,昆虫或人类。”

    但有些类型的病毒比其他类型的病毒更多地使用了模仿。乳头瘤病毒和逆转录病毒并没有那么多地使用模仿。另一方面,冠状病毒特别擅长模仿,被发现可以模仿150多种蛋白,其中包括许多控制血液凝固或激活补体的蛋白---这是一组免疫蛋白,有助于靶向病原体使之随后遭受破坏,并增加体内的炎症。

    Shapira说,“我们认为,通过模仿身体的免疫补体蛋白和凝血蛋白,冠状病毒可能会促使这些系统进入过度活跃的状态,并导致我们在感染患者中看到的病理学症状。”

    人类研究支持病毒模仿在COVID-19中的作用

    在COVID-19疫情流行的过程中,许多COVID-19患者显然存在凝血问题,目前一些患者已经接受了抗凝血剂和限制补体激活的药物治疗。

    在近期发表在Nature Medicine期刊上的另一篇论文中,来自哥伦比亚大学的研究人员已发现有证据表明,免疫补体蛋白和凝血蛋白的功能性和遗传性失调与严重的COVID-19疾病有关。他们发现,患有黄斑变性(与补体激活增强有关)的人更有可能死于COVID-19:补体和凝血基因在COVID-19患者中更活跃,补体和凝血基因存在某些突变的人更有可能因COVID-19住院。

    自从这篇发表在Nature Medicine期刊上的论文今年春天首次出现在预印本服务器上之后,其他研究人员也已发现补体和COVID-19严重程度之间的联系,而且一些关于补体抑制剂的临床试验已经开始。

    Shapira说,对病毒蛋白功能和模仿的调查表明,了解潜在的病毒生物学特性可能是洞察病毒如何导致疾病以及谁可能面临最大风险的方法之一。

    Shapira说,“病毒已经知道如何利用它们的宿主。通过研究病毒,我们不仅可以揭示生物学的基本原理,而且还可以揭示它们如何扰乱细胞稳态并导致病理。希望有一天,我们也许能够利用这些知识进行反击。除了COVID-19之外,针对地球上的所有病毒,我们正在收集的关于单个病毒蛋白如何发挥作用的信息可能有朝一日会被用作进行医疗和农业干预的基石。”

  • 原文来源:https://www.cuimc.columbia.edu/news/coronaviruses-are-masters-mimicry-new-study-finds;https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S240547122030363X;https://www.cuimc.columbia.edu/news/ancient-part-immune-system-may-underpin-severe-covid;https://www.nature.com/articles/s41591-020-1021-2;https://news.bioon.com/article/6780756.html
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    • 编译者:hujm
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  • 《2019新型冠状病毒小鼠感染模型的建立》

    • 来源专题:中国科学院病毒学领域知识资源中心
    • 编译者:malili
    • 发布时间:2020-06-01
    • 5月21日,中国科学院武汉病毒研究所/生物安全大科学研究中心成功开发新型冠状病毒SARS-CoV-2转基因小鼠模型,以“Pathogenesis of SARS-CoV-2 in transgenic mice expressing human angiotensin-converting enzyme2”为题在线发表(论文链接附后)。研究团队使用SARS-CoV-2感染HFH4-hACE2小鼠(使用HFH4肺纤毛上皮细胞特异性启动子将hACE2基因转入小鼠中),通过持续监测小鼠临床症状,观察组织病理变化以及各组织中病毒载量情况,发现感染的小鼠产生了与COVID-19患者类似的间质性肺炎;预先暴露于SARS-CoV-2可以保护小鼠免受病毒的致死感染。该模型的建立为测试潜在疫苗和抗病毒药物提供了有利的工具。 研究团队前期鉴定出SARS-CoV-2利用人血管紧张素转化酶2(hACE2)作为受体入侵宿主细胞而无法使用鼠血管紧张素转化酶2(mACE2),这意味着普通小鼠可能无法有效感染SARS-CoV-2。为了建立SARS-CoV-2小动物感染模型,研究团队迅速利用优势资源,使用实验室之前引进的HFH4-hACE2转基因小鼠对SARS-CoV-2的致病性进行研究。作者在使用SARS-CoV-2感染小鼠后,发现部分小鼠出现明显的体重降低并最终死亡。小鼠肺部在感染第1天和第3天时就出现少量炎性细胞浸润和纤维蛋白渗出的情况。从感染后5天起,小鼠出现重症和轻症两种不同的表型:重症小鼠(27.3%)肺部展现出严重的血管周-支气管周炎性细胞浸润,伴有部分支气管堵塞和透明膜形成;轻症小鼠肺部炎症反应减轻并逐渐恢复正常。病毒载量结果显示SARS-CoV-2主要感染小鼠的肺组织,但在部分小鼠的眼睛,心脏和脑组织中也发现了病毒RNA。 研究团队同时观察了SARS-CoV-2感染小鼠的生存率情况,发现部分小鼠在感染后死亡,主要原因可能是hACE2在小鼠脑中表达所致。通过对感染存活小鼠和未感染过的小鼠进行高剂量攻毒,发现被感染过的小鼠可以免受病毒的致死性攻击(图1)。 这项研究发现HFH4-hACE2转基因小鼠模型对SARS-CoV-2易感,小鼠肺组织是病毒的主要靶器官并且能部分模拟COVID-19的病理变化;预先暴露于病毒能保护小鼠免受严重的肺部感染(图2)。该模型的成功建立给疫苗及抗病毒药物提供了简便,高效的测试平台,为新冠肺炎疫情的控制提供了有力的科技支撑。 武汉病毒研究所博士研究生蒋人地、刘美琴、陈颖为该论文的共同第一作者,石正丽研究员与杨兴娄副研究员为该论文的共同通讯作者。北卡罗莱纳大学教堂山分校Ralph Baric教授为该论文的合作者。这项工作得到中国科学院先导专项、国家自然科学基金、中国科学院青促会等项目的大力支持。 图1.预先暴露于SARS-CoV-2可保护小鼠免受严重肺部感染。存活小鼠及初次感染小鼠在高剂量SARS-CoV-2感染后的体重变化情况(A);生存率情况(B);主要器官病毒载量情况(C);肺组织病理变化及肺组织与脑组织病毒抗原表达情况:初次感染(D,F,H),再次感染(E,G,I)。 《细胞》(Cell)期刊论文链接: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30622-X 原文链接:http://www.whiov.ac.cn/kyjz_105338/202005/t20200526_5597457.html