清华大学与中国医学科学院研究者合作解析病毒RNA与宿主蛋白质互作网络
2021年11月4日,Cell Research杂志发表了题为“基于多病毒RNA-宿主蛋白质互作组比较分析指导抗新冠肺炎的快速新药发现 (Comparison of viral RNA–host protein interactomes across pathogenic RNA viruses informs rapid antiviral drug discovery for SARS-CoV-2)”的研究文章,该研究采用高通量的ChIRP-MS技术,系统解析了不同RNA病毒,包括新冠病毒(SARS-CoV-2)、寨卡病毒(ZIKV)以及埃博拉病毒(EBOV)在侵染状态下病毒基因组RNA与宿主蛋白的互作网络 4。值得注意的是,不同于其他类似研究,该研究除了采用非感染的细胞作为对照,还引入了一类新型的实验对照–“segment transfection”。顾名思义,“segments transfection”是指将完整的基因组RNA片段化,并转染进细胞内;虽然这些RNA片段与病毒基因组的序列一致,但并不具备完整的基因组结构,也不能正常复制,可排除与病毒RNA非特异性结合的蛋白质,从而更为精确地鉴定可能直接参与病毒复制过程的宿主蛋白。
基于病毒基因组RNA-宿主蛋白互作网络,研究人员通过比较分析鉴定了一系列参与不同病毒感染的宿主蛋白质复合物(图1),比如细胞内的翻译机器(ribosome)、宿主剪切体蛋白(spliceosome)、与RNA稳定性相关的IGF2BP1-蛋白质复合物 (IGF2BP1-associated complex)、小分子核糖核酸(microRNA)代谢相关复合物(Drosha-DGCR8 complexes),以及应激小体(stress-granule)相关的蛋白质。除此外,可视化病毒RNA-宿主蛋白互作组,能够直观地发现一些病毒种类特异性的蛋白质复合物:比如SARS-CoV-2的RNA-宿主蛋白互作组特异性富集了一些三羧酸循环(TCA-cycle)以及2-氧代羧酸(2-Oxocarboxylic acid)代谢相关的蛋白质,而之前的研究也发现这两个代谢通路会因SARS-CoV-2的侵染而受到扰动。为了鉴定宿主因子在病毒感染过程中的功能,研究人员通过功能基因组手段,敲低了病毒RNA互作的多个宿主基因,并结合病毒感染实验鉴定了一系列促病毒或者抗病毒的宿主因子,在分子水平上极大促进了人们对病毒感染细胞的认识。比如,他们深入解析IGF2BP1与病毒RNA的互作机制,鉴定了IGF2BP1在病毒RNA上的结合位点,并发现IGF2BP1通过结合SARS-CoV-2以及ZIKV RNA的非编码区(UTR),从而稳定病毒RNA并促进病毒蛋白的翻译。
总之,该研究不仅绘制了不同病毒RNA-宿主蛋白质的互作组,更为重要的是研究人员通过整合这些数据,并比较不同病毒的互作组,系统地揭示了病毒在感染过程中与宿主的互作模式,为病毒学和抗病毒研究提供了重要的研究资源,并对抗病毒药物的研发提供了新的视角。
清华大学生命科学学院、北京生物结构前沿研究中心、清华-北大生命科学联合中心的张强锋副教授、中国医学科学院病原生物学研究所王健伟教授以及清华大学医学院丁强助理教授为论文共同通讯作者。清华大学生命学院博士后张少军、博士生黄文泽、中国医学科学院病原生物学研究所任丽丽研究员、清华大学医学院博士后鞠晓辉、博士生龚明丽以及中国医学科学院病原生物学研究所博士后饶健为本文共同第一作者。该研究得到清华大学蛋白质研究技术中心的大力支持,同时还得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、清华大学春风基金、清华-剑桥联合研究计划,以及结构生物学高精尖创新中心和清华-北大生命科学联合中心的资助。
来源:北京生物结构前沿研究中心
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