《重大进展!两篇Cell论文揭示冠状病毒和黄病毒增殖和传播所必需的宿主因子》

  • 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:2020-12-14
  • 在两项新的研究中,来自美国纽约大学和洛克菲勒大学等研究机构的研究人员发现SARS-CoV-2冠状病毒增殖和传播到其他细胞所必需的一种蛋白是未来疗法可能针对的一个潜在弱点。这种称为跨膜蛋白41 B(transmembrane protein 41 B, TMEM41B)的蛋白被认为在这种病毒在受感染细胞内复制和感染另一个细胞之前,帮助塑造保护病毒遗传物质的脂肪外膜。

    这些作者发现TMEM41B对SARS-CoV-2的复制至关重要。在第一项研究中,通过开展一系列实验,他们将导致COVID-19疾病的SARS-CoV-2病毒在受感染细胞中的增殖与二十几种致命的黄病毒(包括黄热病病毒、西尼罗河病毒和寨卡病毒)中的相同过程进行了比较。相关研究结果于2020年12月8日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“TMEM41B is a pan-flavivirus host factor”。

    在第二项研究中,他们还将SARS-CoV-2在受感染细胞中的增殖方式与已知导致普通感冒的其他三种季节性冠状病毒(HCoV-OC43、HCoV-NL63和HCoV-229E)进行了比较。相关研究结果于2020年12月9日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Genome-scale identification of SARS-CoV-2 and pan-coronavirus host factor networks”。

    论文共同通讯作者、纽约大学格罗斯曼医学院医学助理教授John T. Poirier博士说,“总之,我们的研究首次证实了TMEM41B是黄病毒感染的关键因子,值得注意的是,它也是SARS-CoV-2等冠状病毒感染的关键因子。”

    Poirier说,“面对像COVID-19这样的新型传染病,重要的第一步是绘制分子图谱,看看你有什么潜在的靶标用来对抗它。将一种新发现的病毒与其他已知的病毒进行比较,可以揭示它们所需的共同宿主因子,我们希望它们可以作为未来疫情爆发的潜在分子弱点目录。”

    Poirier说,“虽然抑制TMEM41B是目前开发阻止冠状病毒感染的未来疗法的首要候选靶标,但我们的结果确定了一百多种其他蛋白,它们也可以作为潜在的药物靶点进行研究。”

    在这两项新的研究中,这些作者使用基因编辑工具CRISPR对包括SARS-CoV-2在内的每种病毒感染的人体细胞中的19000多个基因中的每个基因进行灭活。然后,他们比较了每个基因失活对病毒复制能力的分子影响。

    除了TMEM41B之外,这些作者还发现SARS-CoV-2和其他冠状病毒之间还共享约127个其他的分子特征。这些分子特征包括共同的生物反应或途径,这些途径涉及细胞生长、细胞间通信,以及细胞与其他细胞结合的手段。然而,他们表示,TMEM41B是被研究的这两个病毒家族(冠状病毒家族和黄病毒家族)中唯一突出的分子特征。

    有趣的是,Poirier指出,TMEM41B基因的突变或改变在五分之一的东亚人身上很常见,但在欧洲或非洲人身上并不常见。然而,他提醒说,现在判断这是否解释了美国和其他地方的一些人群中COVID-19疾病的严重程度相对过高还为时过早。另一个研究结果是,与没有发生TMEM41B基因突变的细胞相比,具有这些突变的细胞对黄病毒感染的易感性降低了50%以上。

    Poirier表示,还需要开展更多的研究来确定TMEM41B突变是否直接赋予了对COVID-19的保护,以及具有该突变的东亚人是否更不容易患上这种疾病。

    这些作者下一步计划摸清TMEM41B在SARS-CoV-2复制中的确切作用,这样他们就可以开始测试可能阻断它的候选治疗方法。他们还计划研究具有类似潜在药物靶标的其他常见途径。

    Poirier补充说,这些作者成功利用CRISPR绘制SARS-CoV-2的分子弱点图谱,为全球科学家面对未来的病毒疫情爆发提供了示范。

  • 原文来源:;https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867420316275?via%3Dihub;https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867420316767?via%3Dihub;https://nyulangone.org/news/studies-reveal-potential-weaknesses-sars-cov-2-infection;https://news.bioon.com/article/6781939.html
相关报告
  • 《Cell:重大进展!包括新冠病毒在内的β冠状病毒利用溶酶体劫持和离开受感染细胞》

    • 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:2020-11-02
    • 在一项新的研究中,来自美国国家卫生研究院(NIH)的研究人员发现了一种生物途径,当包括SARS-CoV-2在内的β冠状病毒在体内传播时,它们似乎可以利用这种生物途径劫持和离开细胞。更好地了解这一重要途径可能会在阻止这种导致COVID-19疾病的SARS-CoV-2冠状病毒的传播方面提供了重要的新见解。相关研究结果于2020年10月27日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“β-Coronaviruses use lysosomes for egress instead of the biosynthetic secretory pathway”。 在细胞研究中,这些作者首次发现,β冠状病毒可以通过溶酶体---一种称为细胞“垃圾粉碎机(trash compactor)”的细胞器---离开受感染的细胞。通常情况下,溶酶体会在病毒和其他病原体离开细胞之前将它们摧毁。然而,这些作者发现,β冠状病毒会使得溶酶体的抗病机制失活,从而允许它在体内自由传播。 靶向这种溶酶体途径有可能导致人们开发新的、更有效的抗病毒疗法来对抗COVID-19。在这项研究的结果发表时,正值全球新的COVID-19病例激增,相关的美国死亡人数接近22.5万人。 一段时间以来,科学家们已经知道了病毒会进入并感染细胞,然后利用细胞的蛋白制造机器(即核糖体)进行多次自我复制,然后逃离受感染的细胞。然而,人们对病毒究竟是如何离开细胞的了解有限。 长期以来,传统的观点认为,大多数病毒---包括流感病毒、丙型肝炎病毒(HCV)和西尼罗河病毒--都是通过所谓的生物合成分泌途径离开受感染细胞的。这是细胞用来将激素、生长因子和其他物质运输到周围环境的一条核心途径。科学家们一直以为β冠状病毒也使用这个途径。 但是,在一项关键性的实验中,美国国家卫生研究院国家心肺血液研究所(NHLBI)宿主-病原体动力学实验室主任NihalAltan-Bonnet博士和她的博士后研究员Sourish Ghosh博士,发现了一些不同的东西。她和她的团队将β冠状病毒(特别是小鼠肝炎病毒)感染的细胞暴露在某些已知阻断生物合成途径的化学抑制剂中。Altan-Bonnet说,“令我们震惊的是,这些β冠状病毒竟然从细胞中逃出来了。这是第一个线索表明β冠状病毒也许使用另一条途径。” 为了寻找这种途径,这些作者设计了额外的实验,使用了涉及人类细胞的显微成像和病毒特异性标志物。他们发现β冠状病毒以某种方式靶向高度酸性的溶酶体,并在那里聚集。 这一发现给Altan-Bonnet团队提出了另一个问题:如果β冠状病毒积聚在溶酶体中而溶酶体又是酸性的,那么为什么它们在离开受感染细胞前没有被破坏? 在一系列先进的实验中,这些作者证实在β冠状病毒感染的细胞中,溶酶体会被去酸化,大大削弱了它们的破坏性酶的活性。因此,这些冠状病毒仍然完好无损,并在离开受感染细胞时准备好感染其他细胞。 Altan-Bonnet说,“这些冠状病毒非常狡猾。它们利用这些溶酶体逃出受感染细胞,但它们也在破坏溶酶体,所以这种细胞器无法完成它的工作或功能。” 这些作者还发现,破坏正常的溶酶体功能似乎会损害受感染细胞的免疫机制。Altan-Bonnet说,“我们认为这个非常基本的细胞生物学发现可能有助于解释人们在临床上看到的一些关于COVID-19患者免疫系统异常的现象”。这包括细胞因子风暴,即COVID-19患者血液中过量的某些促炎蛋白会使得免疫系统不堪重负而导致较高的死亡率。 鉴于这一机制已经被确定,科学家们或许可以找到破坏这一途径的方法来阻止溶酶体将病毒输送到细胞外;或者重新酸化溶酶体,以恢复它们在受到冠状病毒感染的细胞中的正常功能,从而使得这些细胞能够对抗COVID-19。这些作者已经发现了一种实验性的酶抑制剂,它可以有效地阻止冠状病毒离开细胞。 她说,“这种溶酶体途径为靶向治疗提供了一种完全不同的思路。”她补充说,还需要开展进一步的研究来确定这种干预措施是否有效,以及现有的药物是否能帮助阻断这种途径。她指出,这些发现可能会对阻止未来可能出现的其他冠状病毒引起的大流行有很大帮助。
  • 《Nature:揭示人类冠状病毒进入宿主细胞之谜》

    • 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:2023-10-30
    • 在一项新的研究中,来自荷兰乌特勒支大学的研究人员发现了冠状病毒刺突蛋白被激活后进入宿主细胞的复杂机制。他们利用功能强大的显微镜和计算机模拟,揭示了一种微小的糖分子---称为唾液酸聚糖(sialoglycan)---如何与人类冠状病毒刺突蛋白结合,并触发入侵宿主细胞所需的成分暴露。这些发现从根本上揭示了冠状病毒逃避宿主免疫系统并引发感染的复杂机制。相关研究结果于2023年10月4日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Sialoglycan binding triggers spike opening in a human coronavirus”。 冠状病毒刺突蛋白在病毒附着和进入我们的细胞中起着至关重要的作用。深入了解这些蛋白非常重要,因为它们是物种间传播的关键因素,也是中和抗体的主要靶标。 为了侵入宿主细胞并传递病毒基因组,冠状病毒刺突蛋白必须从封闭状态切换到开放状态。这就暴露了它的一个受体结合结构域,然后它就抓住了进入宿主细胞所需的蛋白受体。对于最臭名昭著的冠状病毒,即导致 SARS、MERS 和 COVID-19 的冠状病毒,刺突蛋白可以在这两种状态之间自由切换。然而,其他人类和动物冠状病毒的刺突蛋白只能在封闭状态下被观察到。 这使人们想到,大多数冠状病毒刺突蛋白可能不会在两种状态之间随意切换,而是可能有特定的生物线索触发它们开放。论文共同通讯作者、乌特勒支大学兽医学院病毒学系的Daniel Hurdiss说,“冠状病毒的附着可能比目前所了解的更为复杂。” 为了研究这个长期存在的难题,Hurdiss和另一名论文共同通讯作者、乌特勒支大学兽医学院病毒学系的Raoul de Groot重点研究了人类冠状病毒HKU1的刺突蛋白。据估计,四种常见的感冒冠状病毒(HKU1、OC43、NL63 和 229E)共同导致每年 15% 至 30% 的呼吸道感染。 以前的研究已表明HKU1刺突蛋白主要依赖于与特定糖分子的结合,但其原因仍然不明。在这项新的研究中,这些作者发现这种糖分子结合会诱导刺突蛋白进入开放状态,并暴露出它的受体结合结构域,这是后续的细胞进入步骤所必需的。因此,他们发现了一种迄今为止科学界尚不知晓的生物分子机制。 Hurdiss 说,“这是一种微调的糖分子开关。从这些病毒的角度来看,这是一种巧妙的方法,可以将自己的致命弱点---受体结合结构域---隐藏起来,直到最合适的时机出现。我们的发现为冠状病毒的附着描绘了一幅更为复杂的图景,两种受体的使用有可能成为它们的免疫逃逸的一种手段。” 一连串构象变化 论文第一作者、乌得勒支大学理学院的Matti Pronker就像把电影胶片从一个个画面拼接起来一样,对HKU1刺突蛋白的每种构象进行建模,并推断出这种糖分子结合诱发的一系列事件。他们与乌特勒支大学兽医系的Robert Creutznacher和Biognos AB公司的计算化学家Martin Frank合作,解释了一个微小的糖分子如何在这种相对巨大的大分子复合物中引起一连串的构象变化。 Pronker 说,“这就像蝴蝶效应。”De Groot说,“看到由糖分子结合引起的微小和局部构象变化如何引发更大的结构域运动并最终导致刺突蛋白进入开放状态,这很有意思。多年来对冠状病毒与糖分子相互作用的研究在这项新的研究中达到了顶峰。” “我们的研究结果表明,冠状病毒可能依赖于多种受体的使用,与基于糖或蛋白质的启动受体(priming receptor)结合作为激活刺突蛋白以完成后续的细胞附着和进入步骤的生物线索。我们将继续研究冠状病毒如何与宿主细胞结合并进入宿主细胞。这类研究对于了解病毒-宿主相互作用、人畜共患病的传播以及开发有效的对策都非常重要。” 参考资料: 1. Matti F. Pronker et al. Sialoglycan binding triggers spike opening in a human coronavirus. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06599-z. 2. Revealing the ‘sweet secrets’ of coronavirus cell entry https://www.uu.nl/en/news/revealing-the-sweet-secrets-of-coronavirus-cell-entry