《PNAS:揭示波形蛋白促进新冠病毒进入人体内皮细胞》

  • 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:2022-02-20
  • 冠状病毒SARS-CoV-2进入人体细胞是病毒传播和COVID-19产生的一个重要步骤。虽然肺部上皮细胞是它的最初靶标,但是SARS-CoV-2也可以感染内皮细胞。内皮细胞是血管系统的一个主要组成成分,心血管并发症是重症COVID-19的特征。酶ACE2是SARS-CoV-2的进入受体。然而,其他细胞成分可能参与这种病毒进入的情况并不完全了解。

    在一项新的研究中,来自美国波士顿大学医学院的研究人员确定了细胞外的波形蛋白(vimentin)是促进SARS-CoV-2进入人体细胞的一种附着因子。作为一种结构蛋白,波形蛋白广泛表达于间质来源的细胞,如内皮细胞,是一种潜在的抗SARS-CoV-2的新靶点,有望用于阻断SARS-CoV-2感染。相关研究结果发表在2022年2月8日的PNAS期刊上,论文标题为“Extracellular vimentin is an attachment factor that facilitates SARS-CoV-2 entry into human endothelial cells”。

    论文共同通讯作者、波士顿大学医学院病理学与实验室医学副教授Nader Rahimi博士说,“严重的内皮损伤、血管血栓和肺泡毛细血管(散布在肺部的小气囊)阻塞是重症COVID-19的共同特征。确定波形蛋白是SARS-CoV-2的一种宿主附着因子可以为SARS-CoV-2感染血管系统的机制提供新的见解,并可以导致开发新的治疗策略。”

    这些作者使用液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS),确定了波形蛋白是一种与SARS-CoV-2刺突蛋白(S蛋白)结合并促进SARS-CoV-2感染的蛋白。他们还发现剔除波形蛋白会明显减少SARS-CoV-2对人类内皮细胞的感染。相比之下,波形蛋白的过度表达和ACE2会明显增加感染率。

    Rahimi解释说,“更重要的是,我们观察到CR3022抗体抑制了波形蛋白与SARS-CoV-2 S蛋白的结合,并中和了SARS-CoV-2进入人类细胞。”

    参考资料:

    Razie Amraei et al. Extracellular vimentin is an attachment factor that facilitates SARS-CoV-2 entry into human endothelial cells. PNAS, 2022, doi:10.1073/pnas.2113874119.

  • 原文来源:https://news.bioon.com/article/6795462.html
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    • 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。众所周知,SARS-CoV-2是通过受体ACE2感染宿主细胞的。在一项新的研究中,来自德国神经退行性疾病研究中心、慕尼黑工业大学、哥廷根大学医学中心和芬兰赫尔辛基大学等研究机构的研究人员发现神经纤毛蛋白1(neuropilin-1, NRP1)是一种可以促进SARS-CoV-2进入细胞内部的因子。NRP1定位于呼吸道和嗅觉上皮,这可能是一个重要的战略定位,但却有助于SARS-CoV-2的感染和传播。相关研究结果于2020年10月20日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Neuropilin-1 facilitates SARS-CoV-2 cell entry and infectivity”。论文通讯作者为慕尼黑工业大学的Mikael Simons和赫尔辛基大学的Giuseppe Balistreri。 SARS-CoV-2可影响肺部和肾脏等多个器官,还可引发神经系统症状,包括暂时性的嗅觉和味觉丧失。因此,COVID-19的症状谱是相当复杂的。2003年,一种相关的冠状病毒---SARS-CoV---导致了小得多的疫情爆发,这可能是因为这种病毒感染仅限于下呼吸系统,使得这种病毒的传播性降低。相反,SARS-CoV-2则还会感染上呼吸系统,包括鼻黏膜,因此会通过主动的病毒脱落(如打喷嚏时)迅速传播。 进入细胞的开门者 组织趋化性反映了病毒感染不同器官中特定细胞类型的能力。它取决于细胞表面是否有对接点,即所谓的受体。这些受体允许病毒对接并侵入到细胞中。Simons解释说,“"我们研究的起点是为什么都使用ACE2作为受体的SARS-CoV和SARS-CoV-2会导致不同的疾病。” 为了理解这些组织趋向性的差异,这些研究人员观察了SARS-CoV-2的“刺突蛋白”,这是这种病毒进入宿主细胞的关键。Simons解释说,“SARS-CoV-2刺突蛋白与它的较老近亲的不同之处在于它插入了一个弗林蛋白酶(furin)切割位点。在许多其他高致病性人类病毒的刺突蛋白中也发现了类似的序列。当我们意识到这个弗林蛋白酶切割位点存在于SARS-CoV-2刺突蛋白中时,我们认为这可能会让我们找到答案。”当蛋白被弗林蛋白酶裂解时,在它的被切割的一端会暴露出一个特定的氨基酸序列。这样的可被弗林蛋白酶切割的蛋白底物有一个已知能与细胞表面上的神经纤毛蛋白结合的特征性模式序列。 利用实验室培养的细胞、模拟SARS-CoV-2的人工病毒以及天然存在的病毒进行的实验表明,在ACE2存在的情况下,NRP1能够促进病毒感染。通过用抗体特异性阻断NRP1,这种病毒感染可被抑制。Simons解释说,“如果你把ACE2看作是进入细胞的一扇门,那么NRP1可能是引导这种病毒进入这扇门的一个因素。ACE2在大多数细胞中的表达水平很低。因此,这种病毒不容易找到进入细胞的门。诸如NRP1之类的其他因素可能是帮助这种病毒进入细胞的必要因素。” 一种进入神经系统的潜在途径 鉴于嗅觉丧失是COVID-19的症状之一,而NRP1主要存在于鼻腔的细胞层中,因此这些研究人员们检查了死亡患者的组织样本。Simons说,“我们想找出表达NRP1的细胞是否真地被SARS-CoV-2感染,发现情况确实如此。”在小鼠身上进行的其他实验表明,NRP1能够将病毒大小的纳米颗粒从鼻黏膜运输到中枢神经系统。这些纳米颗粒经过化学工程设计,可与NRP1结合。相比之下对NRP1没有亲和力的对照颗粒,当这些可结合NRP1的纳米颗粒被施用到这些小鼠的鼻子上时,它们在几个小时内就到达了大脑中的神经元和毛细血管。Simons解释说,“我们可以确定,至少在我们的实验条件下,NRP1可以促进这些纳米颗粒运输到大脑中,但是对于SARS-CoV-2是否也存在这种情况,我们无法得出任何结论。很有可能在大多数患者中,这一运输途径被免疫系统所抑制。” 在未来开发新疗法的起点? Simons说,“SARS-CoV-2需要ACE2受体才能进入细胞,但可能需要NRP1等其他因子来支持它的功能。然而,目前我们只能推测所涉及的分子过程。据我们的推测,NRP1捕捉这种病毒并将它引导至ACE2。还需要开展进一步的研究来阐明这个问题。目前推测阻断NRP1是否可以成为一种可行的治疗方法还为时过早。这必须在未来的研究中加以解决。”
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    • 在世界进入COVID-19大流行半年多的时候,医生和科研人员对这种疾病的主要症状---咳嗽、发烧、呼吸急促和疲劳等---有了相当好的了解。但是,对治疗症状同样重要的是,要了解导致COVID-19的冠状病毒SARS-CoV-2在人体细胞中做了什么而让人如此生病。 像所有病毒一样,SARS-CoV-2闯入宿主细胞,劫持它的资源和分子机器来制造更多的病毒。从进化的角度来说,成功存活下来的病毒能够有效地躲避宿主细胞的防御,但又不直接杀死它们(毕竟,病毒需要细胞保持活力才能增殖)。 人体细胞(更广泛地说,哺乳动物细胞)有内置的防御机制来应对病毒感染。细胞中病毒遗传物质的存在会触发一连串的事件,导致一组称为干扰素的蛋白的产生和分泌,所产生的干扰素试图抑制感染,并通知邻近的细胞有威胁存在。人们已发现,具有重症COVID-19症状的患者也表现出低水平的干扰素反应,这表明干扰素反应对对抗病毒至关重要。SARS-CoV-2如何抑制这些正常的防御机制? 如今,在一项新的研究中,来自美国加州理工学院和佛蒙特大学等研究机构的研究人员确定了SARS-CoV-2病毒让人体细胞丧失能力的机制:这基本上使得人体细胞的报警系统失效,从而无法呼救附近细胞的帮助,也无法提醒附近细胞存在感染。了解这种病毒如何导致细胞水平上的功能障碍,为如何对抗它提供了新的见解。相关研究结果于2020年10月8日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“SARS-CoV-2 disrupts splicing, translation, and protein trafficking to suppress host defenses”。论文通讯作者为加州理工学院生物学教授Mitchell Guttman博士和佛蒙特大学医学院研究员Devdoot Majumdar博士。 SARS-CoV-2病毒会产生大约30种病毒蛋白。在这项新的研究中,Guttman实验室检查了其中的每一种,并绘制了它们如何与实验室培养皿中培养的人体细胞内的分子成分相互作用。他们发现SARS-CoV-2蛋白会攻击三个关键的细胞过程,以破坏人类蛋白的产生。 论文共同第一作者、佛蒙特大学的Emily Bruce说,“病毒太了不起了。病毒和宿主细胞不断进行进化军备竞赛,以战胜对方。SARS-CoV-2已进化出复杂而特殊的方法来使宿主细胞丧失功能,而不会直接杀死它们,这样这种病毒仍然可以利用宿主细胞达到它自己的目的。” 先介绍一些基本的细胞生物学背景:细胞核容纳着细胞的遗传物质(基因组DNA)。细胞基因组可以被看作是一本综合性的指导手册,比如它的“章节”可能被命名为“如何发送信号”或者“在病毒感染的情况下该怎么做”。细胞的其余部分包含合成执行这些指令的蛋白(如干扰素)的分子机器。 将DNA指令转化为有用的蛋白的过程被称为生物学的“中心法则”。第一步是转录,即细胞核中的一段DNA被读取并产生一种称为mRNA的分子,mRNA可以离开细胞核并迁移到细胞的其余部分。在从细胞核中迁出之前,mRNA通常会在一种称为“剪接(splicing)”的过程中重新组装和“成熟”。 当mRNA从细胞核中输出后,细胞中的一种称为核糖体的分子机器会附着在成熟的mRNA上,读取它,并通过一种称为翻译的过程制造相应的蛋白。 其中的一些蛋白可以从初始的细胞中迁移出去而向其他细胞传递信息,比如警告病毒感染的存在。在这种情况下,另一种称为信号识别颗粒(signal recognition particle, SPR)的分子机器就会发挥作用:它作为一种运输系统,协助蛋白从细胞内移动到细胞外。这就是所谓的蛋白运输。 Guttman实验室发现SARS-CoV-2蛋白在多个阶段干扰了这整个过程。这种病毒的一些蛋白阻止人体细胞mRNA完全剪接和正确组装。另一些蛋白则堵塞了核糖体,使得它无法形成新的蛋白。还有一些SARS-CoV-2蛋白干扰信号识别颗粒,从而阻止蛋白运输。 堵塞核糖体的病毒蛋白叫做NSP1。值得注意的是,这些研究人员发现,NSP1阻止人类mRNA进入核糖体,但允许病毒mRNA顺利通过。每一种病毒mRNA在它的开始处都包含遗传签名(genetic signature),该遗传签名像存取密码那样起作用,使得每种病毒mRNA有效地劫持核糖体来制病毒蛋白,而不是人体蛋白。鉴于病毒生产依赖于这种遗传签名,它可能代表了一种强效的用于开发抗病毒疗法的靶标。 Guttman说,“SARS-CoV-2破坏的每一种过程---剪接、翻译和蛋白运输---对于将人类的遗传物质转化为蛋白质非常重要,它们对于人类生物学来说是必不可少的。事实上,这些过程中每一种的发现都分别导致了诺贝尔奖的颁发。这些过程对生命至关重要。没有它们,我们就无法生存。SARS-CoV-2以非常特殊的方式进化,使得这些过程失去功能,破坏它们的功能。” 论文共同第一作者、Guttman实验室研究生Abhik Banerjee说,“我们的研究说明了基础科学研究的重要性,并建立了一条管道来解决未来新出现的RNA病毒。此外,它还说明了加州理工学院和科学界其他地方的科学合作氛围是非常好的。” 论文共同第一作者、Guttman实验室研究员Mario Blanco对此表示同意,“我们研究SARS-CoV-2蛋白识别人类RNA靶标的能力使得我们能够在没有事先证据的情况下确定这些机制。我们在这项研究中开发的方法措施将使得我们能够将这些相同的过程应用于新出现的疾病,甚至是目前存在的我们对作用机制缺乏深刻理解的病毒。”