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【医学与健康科技创新工程项目进展快报第109期】

病原生物学研究所郭斐和王健伟团队在揭示抗流感病毒的内源性免疫机制上取得新进展

流感病毒是威胁人类健康的主要病原体之一,曾引发多次全球大流行,并在每年造成季节性流行。内源性免疫是宿主抵抗病毒感染的第一道防线。现已发现多个宿主蛋白具有抗病毒功能,是抗病毒药物研发的重要靶标蛋白。MARCH蛋白是一类位于膜上的E3泛素连接酶,已有研究发现其在宿主抗病毒内源性免疫中发挥重要作用,但其抗病毒谱和抗病毒机制并不清楚。

2021年7月20日,郭斐和王健伟课题组在Nature communications上发表了题为MARCH8 inhibits influenza A virus infection by targeting viral M2 protein for ubiquitination-dependent degradation in lysosomes的论文,进一步阐释了MARCH8作为宿主限制因子抑制甲型流感病毒复制的作用及其分子机制。

作者首先利用慢病毒包装体系,分析了MARCH8对于流感病毒包膜蛋白功能的影响,发现MARCH8能够显著降低病毒M2蛋白在细胞中的表达水平。用病毒感染MARCH8过表达或敲除的细胞系,进一步证实MARCH8能够降低病毒M2蛋白在细胞中尤其是在细胞质膜上的表达丰度。用PPMO降低小鼠肺脏中的MARCH8蛋白的表达后,发现病毒复制增加,表明MARCH8能够抑制流感病毒在小鼠体内的复制,其作用机制是通过泛素化病毒M2蛋白,促进质膜上的M2蛋白内吞并经溶酶体途径降解,降低M2蛋白在质膜上的分布,进而阻断病毒颗粒的释放。MARCH8介导底物分子的降解,依赖于底物分子胞内区的赖氨酸残基。M2蛋白的胞内区含有四个赖氨酸残基,分别为K49,K56,K60和K78。因此,作者分别对四个赖氨酸残基进行单个或全部突变,获得五个M2 K>R突变体。通过比较野生型M2和K>R突变M2被MARCH8泛素化修饰和降解情况,发现病毒M2蛋白的K78位点是MARCH8的主要作用靶点。通过构建携带K78R突变的甲型流感病毒毒株,发现突变病毒株在细胞和小鼠体内具有更好的复制能力。进一步分析K78位点在流感病毒中的保守性,作者发现2009甲型H1N1的流行株通过获得78/79位点非赖氨酸的突变,逃逸MARCH8的抗病毒作用。 该研究阐释了宿主的内源性免疫作用及病毒的适应性突变机制,为高产流感病毒疫苗株的改造提供了新的理论基础。

该工作得到了88必须发官方网医学与健康科技创新工程(2018-I2M-3-004,2020-I2M-2-014),国家科技重大专项(2018ZX10301408-003和2018ZX10731101-001-018),国家自然科学基金(82072288)等项目的支持。郭斐研究员和王健伟研究员为共同通讯作者,刘晓满、许丰雯和任丽丽为论文共同第一作者。同时,该研究得到了88必须发官方网病原生物学研究所赵振东研究员,88必须发官方网生物医药与技术研究所岑山研究员,中国疾病与预防控制中心病毒病研究所宋敬东副研究员,加拿大麦吉尔大学梁臣教授的大力支持。

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PPMO靶向降低小鼠肺脏中MARCH8蛋白表达后促进甲型流感病毒的复制

供稿|病原生物学研究所