《微生物所研究团队合作揭示新冠病毒激活自噬的新机制》

  • 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:2023-08-14
  • 近日,中国科学院微生物研究所刘文军/孙蕾团队与中国科学院上海免疫与感染研究所张珂团队联合在Autophagy期刊上发表题为“SARS-CoV-2 nonstructural protein 6 triggers endoplasmic reticulum stress-induced autophagy to degrade STING1”的研究论文。该研究揭示了非结构蛋白6(nonstructural protein 6, NSP6)通过激活自噬协助新冠病毒逃逸宿主天然免疫的新机制,并且发现新冠病毒变异株NSP6的3个氨基酸缺失是Omicron等变异毒株致病力减弱的主要原因之一,提示新冠肺炎的防控过程中需要加强对NSP6(尤其是81-120位氨基酸)的变异和缺失进行监测。 

      新冠病毒的多种蛋白参与调节细胞自噬和免疫应答,但目前对病毒蛋白尤其是对于不同变异株的病毒蛋白如何激活自噬及其作用机制尚缺乏深入了解。团队研究发现新冠病毒NSP6通过关键功能区域TM3-4(81-120位氨基酸)定位于内质网,触发内质网应激。随后NSP6与内质网伴侣蛋白HSPA5/GRP78结合,激活EIF2AK3/PERK-EIF2A/EIf2α通路介导的细胞自噬,进一步降解定位于内质网的STING1蛋白,抑制I型IFN产生,从而有利于病毒逃逸宿主的天然免疫。新冠病毒Alpha、Lamma、Gamma、Beta、Eta、Lota和Omicron变异毒株的NSP6蛋白发生了第106-108或105-107位氨基酸缺失,该缺失导致NSP6蛋白与HSPA5/GRP78的结合能力及其诱导内质网应激、自噬、STING1降解的能力减弱,不利于病毒逃逸宿主的天然免疫,这可能是Omicron等变异毒株致病力减弱以及Omicron毒株感染引起轻症或无症状的主要原因之一。  

      中国科学院微生物研究所焦鹏涛博士为论文第一作者,中国科学院微生物研究所孙蕾项目研究员和中国科学院上海免疫与感染研究所张珂研究员为论文共同通讯作者。中国科学院微生物研究所刘文军研究员、毕玉海研究员和中国科学院昆明动物研究所李明华高级工程师对本研究提供了重要帮助。该研究得到了国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金和中国科学院特别研究助理项目的支持。

       全文链接:https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15548627.2023.2238579

  • 原文来源:http://www.im.cas.cn/xwzx2018/kyjz/202308/t20230811_6858718.html
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    • 编译者:hujm
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    • 病害三角(disease triangle)是描述疾病流行规律的理论,该理论指出“病害三要素”为致病病原生物、易感宿主和适合的环境条件三者相互作用才能引起侵染性病害。已知超过1480种植物病毒中,近80%由媒介昆虫传播,植物虫传病毒是制约我国农作物高产稳产的主要因素之一。以往作物病毒病害的研究注重于病毒和植物宿主两个方面,而实际上参与病毒传播、病害发生的因子还有传毒媒介昆虫以及光照、温度、气候、生物周期节律等环境因子。作为人类赖以生存的最重要生化反应,植物光合作用主要吸收红光和蓝紫光并存储为化学能,最终为人类和其他动物提供必需的食物和能量。光作为主要的环境因子,不仅调控植物生长发育的每个环节,而且同病害的流行爆发紧密相关。然而光是如何影响植物抗病性,病原微生物又是如何适应宿主抗性机制从而促进自身的传播等问题,尚亟待得到科学解答。 近日,中国科学院微生物所叶健课题组在PLoS Pathogens在线发表了题为Red-light is an environmental effector for mutualism between begomovirus and its vector whitefly的研究论文。该研究发现植物双生病毒卫星DNA编码的βC1蛋白可以通过靶向光信号途径的PIF转录因子家族调控的虫媒病毒抗性,促进虫媒病毒的快速传播,揭示了光调节双生病毒-烟粉虱-植物三者互惠共生的新机制。   本研究在前期工作的基础上,进一步以双生病毒中国番茄黄化曲叶病毒TYLCCNV与卫星DNA形成的侵染复合物为研究对象,发现双生病毒卫星感病植物和对媒介昆虫烟粉虱的吸引作用只有在光照条件下才会发生,而在黑暗条件下不会发生(图1A和1B)。已有研究表明βC1是病毒编码的关键决定因子,进一步利用单色光LED灯箱进行昆虫双选择实验,发现βC1转基因植物只有在红光和含有红光的白光条件下发生,而在黑暗、远红光和蓝光条件下没有显著差异 (图1C)。烟粉虱等大多数昆虫的视觉系统缺乏红光受体,是“红色色盲”,所以这种光依赖的烟粉虱选择行为改变主要是病毒感染植物后影响了昆虫嗅觉识别植物。 当植物受到昆虫取食后,会产生一系列的化学挥发物来调控昆虫的行为来趋避食草昆虫,其中萜烯类化合物 (Terpenes) 是植物挥发物中最丰富的一类化合物,研究报道部分倍半萜和单萜会趋避昆虫。该研究通过酵母双杂交筛选实验鉴定到光信号中的关键蛋白光敏色素互作蛋白 (PHYTOCHROME-INTERACTING FACTOR 3, PIF3) 可以与βC1蛋白互作,进一步Co-IP实验证明PIF3与βC1在光照和黑暗条件下均可以在植物体内互作 (图2A)。PIFs蛋白可以直接结合萜烯合酶 (Terpene synthase,TPS) 基因的启动子促进其转录 (图2B和2C),因此在PIF过表达的植物中,介体昆虫烟粉虱的产卵量减少、伪蛹发育缓慢 (图2D和2E),说明PIFs蛋白具有直接的抗虫作用。通过竞争性BiFC和pull-down实验发现βC1蛋白可以通过干扰PIF蛋白二聚体的形成不同程度的抑制其转录激活活性 (图2C)。 植物激素茉莉酸(jasmonic acid, JA)是一种介导植物抗虫的重要激素,转录因子MYCs是JA途径中的关键调控因子。MYC家族转录因子调控下游多种抗虫相关次生代谢物质的合成代谢相关基因,包括TPS基因。该课题组早期研究发现双生病毒βC1可以靶标MYC2, 通过干扰其二聚体的形成抑制MYC2-介导植物抗虫反应,与其媒介昆虫烟粉虱形成的互惠共生关系(Li et al. Plant Cell 2014)。PIF蛋白参与植物多个信号通路以参与发育过程以及不同的胁迫响应,包括光和JA途径。研究报道AtPIF4与AtMYC2相互作用,该研究还发现AtPIFs-AtMYC2的互作在一定程度上抑制了TPS基因的表达,而βC1可以促进AtPIF4-AtMYC2异源二聚体的互作进而进一步抑制TPS的表达,促进昆虫的取食。结合以上研究结果该论文提出以下工作模型:在健康植物中,PIFs和MYC2形成同源二聚体,结合在TPS基因启动子的不同区域,共同调节TPS基因表达,从而趋避烟粉虱;当植物受到双生病毒感染后,βC1一方面可以抑制PIFs或MYC2同源二聚体的形成,一方面又可以促进PIF- MYC2异源二聚体的形成,最终抑制了植物对烟粉虱的抗性反应,促进烟粉虱的取食,促进病毒的传播与扩散。本研究解析了光和JA信号共同调节病毒-昆虫-植物三者互作的新机制,为防控虫媒病害提供新的靶点,也为实现利用单色LED灯绿色防控双生病毒病害提供理论依据。 该文章由叶健课题组的副研究员赵平芝、助理研究员张璇和已毕业硕士研究生龚雨晴为共同第一作者,课题组王端、王宁、孙艳伟、高连博为文章的共同作者。值得一提的是,该研究得到了方荣祥院士、北京大学邓兴旺院士、美国加州大学戴维斯分校Daniel J. Kliebenstein教授、中国农业科学院植物保护研究所周雪平教授、南京农业大学教授许冬清、浙江大学刘树生教授的大力支持,也为该文的共同作者,叶健研究员为通讯作者。感谢清华大学陈浩东教授和中国农业大学李继刚教授提供了宝贵的抗体材料。该研究受到国家自然科学基金重点项目、国家重点研究和发展计划生物安全专项、国家相关人才计划等项目的支持。
  • 《王硕研究团队合作揭示非经典NLRP3炎症小体激活新机制》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
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    •  2023年3月30日,北京大学医学部基础医学院夏朋延研究团队、中国科学院微生物所王硕研究团队合作在Immunity发表题为“The orphan receptor Nur77 binds cytoplasmic LPS to activate the non-canonical NLRP3 inflammasome”的研究论文。该研究针对非经典NLRP3炎症小体激活途径的分子机制开展了研究,鉴定了胞内脂多糖胞内受体Nur77蛋白,并揭示了其参与caspase-11活化和NLRP3活化作用机制。   Caspase-11可以识别胞内的脂多糖LPS,引起GSDMD的活化,进而激活NLRP3炎症小体,引发caspase-1的切割和IL-1b的释放,这种免疫反应是宿主对病原体感染响应过程中的重要一环。但是,caspase-11具体是通过何种机制引起NLRP3的活化,一直是本领域亟待解决的问题。本研究利用质谱分析手段鉴定出LPS的胞内结合蛋白,并构建候选蛋白的iBMDM敲除细胞株,在给予胞内LPS刺激后,发现Nr4a1敲除的细胞IL-1b的分泌减少但细胞焦亡不受影响。Nr4a1–/–BMDM细胞在LPS刺激后caspase-11和GSDMD活化正常,但caspase-1没有活化,说明Nur77在caspase-11的下游和NLRP3的上游发挥作用。在受到胞内LPS刺激的BMDM细胞中,可以检测到Nur77与NLRP3的相互作用,并且通过免疫荧光染色,观察到细胞内Nur77与NLRP3的共定位。说明在炎症小体非经典激活过程中Nur77通过与NLRP3相互结合调控通路激活。另一方面,研究人员发现GSDMD在线粒体上打孔使线粒体DNA释放入胞浆,这对于Nur77活化至关重要。Gsdmd 缺失的细胞受到胞内LPS刺激后,Nur77不再能结合NLRP3。缺失LPS结合位点或DNA结合位点的Nur77不能促进NLRP3的活化。研究者进一步研究了Nur77在败血症模型中的作用,给经过poly(I:C)预处理的野生型和Nr4a1–/–小鼠注射LPS,发现Nr4a1–/–小鼠血清中的IL-1b减少。在注射致死剂量的LPS后Nr4a1–/–小鼠存活更久,说明Nur77调控了宿主对内毒素的免疫应答。综上,研究揭示了Nur77能够作为细胞内LPS感受器,结合线粒体DNA和LPS激活非经典的NLRP3炎症小体信号通路。   北京大学医学部基础医学院免疫学系夏朋延研究员、中国科学院微生物研究所王硕研究员为本文的共同通讯作者。北京大学医学部博士生朱芳蕊、马娟、李维涛和刘倩女是本文的共同第一作者。本研究得到科技部国家重点研发展计划、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项(B类)、中国科学院“前沿科学重点研究计划”、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队等基金资助。