2018年9月,来自德国的研究人员曾在Nature上发表过题为“An orthogonal proteomic survey uncovers novel Zika virus host factors”的文章,报道了利用蛋白质组学分析ZIKA病毒和寄主细胞的相互作用的最新研究成果。揭示了很多之前未知的、和ZIKA病毒相关的寄主因子,同时也在磷酸化水平揭示ZIKA病毒对寄主细胞信号的影响,为以后开发相关的治疗方法提供重要思路。研究表示了利用蛋白质组学、磷酸化组学在分析病原微生物和寄主细胞相互作用中的重要性。
而在2018年12月,国际著名学术期刊Cell以背靠背形式,发表了针对病毒与宿主相互作用的两项新的研究,论文标题分别为“Protein Interaction Mapping Identifies RBBP6 as a Negative Regulator of Ebola Virus Replication”和“Comparative Flavivirus-Host Protein Interaction Mapping Reveals Mechanisms of Dengue and Zika Virus Pathogenesis”。
来自格拉德斯通研究所、加州大学旧金山分校等单位的研究人员运用系统的蛋白质-蛋白质相互作用策略,阐述了寨卡病毒、埃博拉病毒和登革热病毒劫持、感染人体细胞的关键途径。
通过比较不同病毒图谱,研究人员发现了被几种病毒靶向的人类蛋白。另外,他们还探索出了寨卡病毒引起婴儿小头畸形的机制,打开了预防出生缺陷的一道新门。
发现人体细胞中的抗埃博拉病毒蛋白
与其他病毒一样,埃博拉病毒会入侵宿主细胞并利用这些细胞进行复制,但对于感染期间病毒侵入的具体途径和细节,目前科学家还知之甚少。
题名为“Protein Interaction Mapping Identifies RBBP6 as a Negative Regulator of Ebola Virus Replication”的论文中,研究人员采用亲和标记纯化质谱(AP-MS)技术,探查人类蛋白和埃博拉病毒蛋白之间的相互作用,研究共鉴定到194种病毒-人类互作,涉及6种埃博拉病毒。他们不仅发现了埃博拉病毒蛋白VP30和人类蛋白RBBP6之间相互作用的有力证据,还确定了RBBP6与VP30结合的23个氨基酸区域。
除此之外,RBBP6蛋白同时也出现在其他的病毒-蛋白相互作用图谱中,意味着它在免疫系统中可能起着重要作用。
埃博拉病毒蛋白VP30和人类蛋白RBBP6之间相互作用
研究发现,RBBP6模仿了一种名为NP的埃博拉蛋白。埃博拉病毒复制需要VP30和NP彼此结合。而人类RBBP6蛋白通过与VP30连接打断这个过程,阻断两种埃博拉病毒蛋白连接,从而阻止病毒复制。进一步研究表明,抑制RBBP6会刺激病毒转录,加速埃博拉病毒的复制;而上调RBBP6蛋白表达则会有效抑制埃博拉病毒复制,阻止病毒感染。
这项研究的意外之处在于,出发点是寻找病毒攻击宿主(人类细胞)的方式,结果却找到了我们人类抵御病毒的天然方法。之前研究常常发现病毒蛋白质进化成模拟人类蛋白质的模样,但本研究却恰恰相反。
消除登革热和塞卡感染
另一篇论文中,Krogan实验室与西奈山医学院以及贝勒医学院共同合作,探索了蚊子传播引发临床症状的登革热和寨卡病毒。研究人员假设,病毒在蚊子和人类细胞中的复制方式基本相同,靶向相互作用蛋白可能是抗感染的最佳方法。
通过比较不同病毒图谱,研究人员发现这2种病毒在2种不同物种的宿主中共享一种相互作用:病毒NS4A蛋白和宿主SEC61蛋白。
研究发现这种早期药物,对人和蚊子细胞中的寨卡和登革热都具有很强的抗病毒活性。当然,还需要调整优化它的安全性和有效性,最后才能在人类患者中进行测试。
寨卡病毒如何引起小头畸形
虽然登革热和寨卡非常相似,但只有寨卡才会引起破坏性的出生缺陷,因此,在最后一组实验中,Krogan团队特意针对寨卡病毒蛋白,与人类蛋白相互作用开展了研究。
结果发现寨卡病毒NS4A蛋白与人类ANKLE2蛋白作用较为显著。而后者对大脑发育很重要,此前的研究表明,ANKLE2突变与遗传性小头有关。寨卡蛋白似乎抑制了ANKLE2功能,最终损害大脑发育。因此,阻断NS4A蛋白与人类ANKLE2蛋白作用,能够预防寨卡感染导致小头畸形的出生缺陷。
寻找更多的重叠蛋白
通过靶向这两项研究中鉴定出的蛋白相互作用,特别是人类蛋白RBBP6和SEC61,这些研究人员能够根除人类细胞中的所有这三种病毒,这是开发出靶向埃博拉病毒、登革热病毒和寨卡病毒的新疗法的重要开端。
这些研究将继续在加州大学旧金山分校的宿主病原体图谱计划(Host Pathogen Mapping Initiative)和格拉德斯通研究所的BioFulcrum病毒与传染病研究计划(BioFulcrum Viral and Infectious Disease Research Program)下继续开展。这两种影响深远的研究计划已产生HIV、结核杆菌、丙型肝炎病毒、疱疹病毒、人乳头瘤病毒和衣原体的蛋白-蛋白相互作用图谱。
研究发现不同病毒劫持的蛋白之间存在重叠,不仅如此,这些相同的蛋白经常在具有遗传根源的疾病(比如癌症和自闭症)中发生突变。在这些看似无关的疾病之间找到更多的共性,我们就能够更好地确定治疗这些破坏性疾病的疗法。
参考文献
Pietro Scaturro , et al., 2018, An orthogonal proteomic survey uncovers novel Zika virus host factors. Nature.
Jyoti Batra, et al, 2018. Protein Interaction Mapping Identifies RBBP6 as a Negative Regulator of Ebola Virus Replication. Cell.
Priya S. Shah, et al, 2018. Comparative Flavivirus-Host Protein Interaction Mapping Reveals Mechanisms of Dengue and Zika Virus Pathogenesis. Cell.