SARS-CoV-2非结构蛋白NSP14的生物信息学分析

目的:通过生物信息学手段预测新型冠状病毒(SARS-CoV-2)中非结构蛋白NSP14的性质特征。方法:以SARS-CoV-2的NSP14氨基酸序列为研究对象,通过Blastp与SARS-CoV的NSP14进行比对,并利用ProtParam、ProtScale、PredictProtein和SWISS-MODEL等生物信息学软件工具对NSP14的理化性质、结构和活性区域等进行预测。结果:SARS-CoV-2的NSP14由527个氨基酸残基构成,是一种可溶性亲水蛋白,与SARS-CoV中NSP14氨基酸序列的一致率达到95%。NSP14二级结构中无规则卷曲含量最高,该蛋白质包含了N-糖基化位点、cAMP或cGMP依赖蛋白激酶磷酸化位点、蛋白激酶C磷酸化位点、酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点和N-豆蔻酰化位点等5个保守基序。NSP14同时具备N端核糖核酸外切酶和N7-甲基转移酶2个结构域,其活性区域的总面积和体积分别为1469.712?~2和1708.967?~3。结论:基于SARS-CoV-2中NSP14的氨基酸序列,运用生物信息学相关软件分析和预测了NSP14蛋白的性质和结构,为新型冠状病毒疫苗研制和药物筛选提供理论依据。     

我国人轮状病毒不同基因型NSP4的致病性研究

对我国轮状病毒流行株NSP4基因变异特点的分析表明,NSP4基因主要可分为Wa组和Kun组,在Wa组内可形成三个亚组,形成了4种NSP4基因型。为了进一步阐明人轮状病毒流行株NSP4基因变异与其致病性变化是否存在联系,我们首先利用杆状病毒载体对NSP4蛋白进行表达,获得了对应4种不同NSP4基因型的重组杆状病毒rvBac97B6,rvBac97S34,rvBac97S36和rvBac97SZ8。用这些病毒感染Sf9细胞后,检测细胞内Ca2 浓度的变化,发现与野生型杆状病毒感染细胞相比,重组病毒感染细胞内的Ca2 浓度显著升高,但各个重组病毒之间无显著性差异。在此基础上,我们进一步在E.coli中分别表达纯化了代表Wa和Kun基因分组的97S34和97SZ8流行株的NSP4。分别用纯化的重组NSP4蛋白攻击乳鼠后,发现不同基因型的NSP4蛋白的致腹泻活性没有明显差异,这种作用可被NSP4抗体拮抗,但这种拮抗作用存在基因型特异性。上述结果表明人轮状病毒流行株NSP4氨基酸序列间的变异并没有使其钙调节及致腹泻能力产生改变,在致腹泻作用中发挥关键作用(或决定性作用)的氨基酸位点在不同NSP4基因型间可能是相对保守的。针对NSP4抗体的有效性也为新型轮状病毒疫苗和药物研究提供了线索。     

我国人轮状病毒不同基因型NSP4的致病性研究

对我国轮状病毒流行株NSP4基因变异特点的分析表明,NSP4基因主要可分为Wa组和Kun组,在Wa组内可形成三个亚组,形成了4种NSP4基因型.为了进一步阐明人轮状病毒流行株NSP4基因变异与其致病性变化是否存在联系,我们首先利用杆状病毒载体对NSP4蛋白进行表达,获得了对应4种不同NSP4基因型的重组杆状病毒rvBac97B6,rvBac97S34,rvBac97S36和rvBac97SZ8.用这些病毒感染Sf-9细胞后,检测细胞内Ca2+浓度的变化,发现与野生型杆状病毒感染细胞相比,重组病毒感染细胞内的Ca2+浓度显著升高,但各个重组病毒之间无显著性差异.在此基础上,我们进一步在E.coli中分别表达纯化了代表Wa和Kun基因分组的97S34和97SZ8流行株的NSP4.分别用纯化的重组NSP4蛋白攻击乳鼠后,发现不同基因型的NSP4蛋白的致腹泻活性没有明显差异,这种作用可被NSP4抗体拮抗,但这种拮抗作用存在基因型特异性.上述结果表明人轮状病毒流行株NSP4氨基酸序列间的变异并没有使其钙调节及致腹泻能力产生改变,在致腹泻作用中发挥关键作用(或决定性作用)的氨基酸位点在不同NSP4基因型间可能是相对保守的.针对NSP4抗体的有效性也为新型轮状病毒疫苗和药物研究提供了线索.     

新型冠状病毒PLpro蛋白酶结构与功能的生物信息学分析

2019年12月,由新型冠状病毒(SARS-CoV-2)引起的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)在中国武汉暴发。SARS-CoV-2的基因组编码2种病毒蛋白酶,即木瓜样蛋白酶(Papain-like protease,PLpro)和3C样蛋白酶(3C-like protease)。其中PLpro是SARS-CoV-2复制酶复合体(RC)形成的重要调节蛋白分子,对于病毒基因组转录和复制至关重要。因此,将SARS-CoV-2 PLpro作为药物的靶点对COVID-19的治疗具有积极意义。本研究应用生物信息学工具分析新型冠状病毒的木瓜样蛋白酶的结构和功能,首先利用BLAST和BioEdit获取SARS-CoV-2 PLpro蛋白酶(SC2-PLpro)及其同源蛋白的氨基酸序列,并利用BLAST和MEGA 6.0进行同源性分析。之后,利用ProParam和Proscale分别对SC2-PLpro蛋白酶的理化性质、亲水性和疏水性进行分析。然后,通过SOMPA、ScanProsite和InterPro分别预测SC2-PLpro蛋白酶的二级结构和功能区域,进一步利用SignalP 4.0和TMHMM对SC2-PLpro蛋白酶的信号肽和跨膜区进行分析。最后,通过SWISS-MODEL对SARS-CoV-2 PLpro蛋白酶进行三级结构同源建模。结果显示,对SARS-CoV-2 PLpro蛋白酶与已报道的PLpro蛋白酶进行多序列比对后,发现SARS-CoV-2 nsp3的746~1063段氨基酸与多种冠状病毒PLpro蛋白酶氨基酸序列高度相似。同时,同源性分析发现SARS-CoV-2与蝙蝠冠状病毒的PLpro蛋白酶具有同源性,其中与QHR63299、AVP78030相似性最高。对SC2-PLpro进行理化性质预测结果显示,其由318个氨基酸所组成,为稳定亲水性蛋白。二级结构预测结果显示SC2-PLpro主要含有α-螺旋、延伸链、β-转角、无规卷曲,四种结构贯穿整条氨基酸链。进一步进行功能分析,发现其具有完整的催化三联体、锌结合域、泛素样N末端结构域,故推测该蛋白具有去泛素化的功能。然后,信号肽假说和跨膜结构域分析结果表明,SC2-PLpro既不是分泌蛋白,也不属于跨膜蛋白。本研究提示,生物信息学分析SC2-PLpro为稳定性亲水蛋白,属于非跨膜蛋白,比较保守,具有去泛素化的功能,利用此功能可以进一步规避宿主的固有免疫反应。通过制备PLpro蛋白酶小分子抑制剂,可能有助于治疗新型冠状病毒肺炎。     

SARS 冠状病毒非结构蛋白质NSP3突变体构建及其对类泛素分子DUB活性

SARS冠状病毒(SARS-CoV) 非结构蛋白NSP3编码的木瓜蛋白酶样蛋白酶(PLpro)对泛素样分子(Ubl) 具有去泛素化酶(DUB)活性,但目前有关NSP3 DUB活性研究的报道甚少. 本研究构建包含Nsp3基因 N末端不同结构域的突变体,并检测NSP3及其一系列突变体对类泛素分子ISG15和SUMO所修饰蛋白质分子的作用特性. 实验结果表明,NSP3及其突变体NSP3AD,NSP3AE,NSP3AF具有一定的去ISG15活性,而其突变体NSP3AC则没有去ISG15 (DeISGylation) 活性. 研究结果提示,SARS NSP3具有一定的体内去ISG15活性,并且这种活性主要依赖于Nsp3基因编码的PLpro. 但SARS NSP3及其突变体NSP3AC,NSP3AD,NSP3AE和NSP3AF并不具有去SUMO (DeSUMOylation) 活性. SARS冠状病毒NSP3对类泛素样分子作用特性的研究为后续NSP3的生物学特性及其对干扰素通路的调控研究奠定了基础.     

轮状病毒不同基因型NSP4的免疫原性研究

NSP4作为轮状病毒的致泻相关蛋白,其在疫苗研究中的作用近年来深受瞩目。为比较不同基因型非结构蛋白NSP4的免疫原性,我们构建了四种基因型的重组表达质粒pCI-97B6、pCI-97S36、pCI-97S34和pCI-97SZ8,在细胞水平进行瞬时表达检测后,进一步免疫小鼠,检测血清IgG抗体滴度和亚型。结果表明利用真核表达质粒表达的NSP4蛋白既可以诱导体液免疫反应,又可以诱导细胞免疫反应,但以体液免疫为主,不同基因型NSP4可具有不同的免疫原性。     

A组人轮状病毒NSP2基因的克隆、表达及免疫学性质研究

轮状病毒非结构蛋白NSP2在病毒基因组复制过程中起重要作用。在原核系统中重组表达了来自中国的第一株全基因组被克隆和研究了的轮状病毒NSP2,并进一步对其免疫学性质进行了研究。结果显示,在大肠杆菌中能够高效表达重组NSP2蛋白,而且该蛋白能够诱发豚鼠产生特异性抗体。Western blot和免疫荧光检测表明所得抗体不仅能与该重组NSP2蛋白发生特异性反应,而且可以与轮状病毒SA11株或Wa株感染的MA104细胞中表达的NSP2发生反应。以上这些结果为进一步研究该重组NSP2蛋白的结构、功能及免疫学性质奠定了基础.     

轮状病毒肠毒素NSP4:一个多功能糖蛋白

轮状病毒(rotavirus,RV)是在世界范围内造成婴幼儿和幼年动物病毒性腹泻的最主要病原。A组RV的NSP4蛋白被认为是病毒的肠毒素,近年来的研究发现,这个非结构蛋白NSP4在RV致病过程中起着重要的作用。本文简要综述了多功能肠毒素NSP4的研究进展。     

A组轮状病毒NSP1基因克隆表达及免疫学性质研究

轮状病毒（rotavirus, RV）非结构蛋白1（non structural protein 1, NSP1）在病毒与宿主的相互作用中发挥着重要的功能。运用基因克隆和表达技术在大肠杆菌中表达了TB-Chen株RV NSP1蛋白,进行了NSP1的免疫学性质和RV感染细胞中NSP1蛋白的合成与分布以及NSP1的系统进化和基因分型研究。结果表明,大肠杆菌BL21(DE3)能高效表达重组NSP1蛋白（rNSP1）,rNSP1表达量约占菌体总蛋白的34.4%。rNSP1能诱导免疫豚鼠产生特异性血清抗体。Western blot及免疫荧光检测结果表明,抗rNSP1血清抗体能特异性识别自身蛋白,对SA11、Wa株的NSP1蛋白有交叉反应性;免疫荧光结果还表明,SA11感染的MA104细胞中合成的NSP1蛋白在细胞质中区域化聚集形成辐射状排列的颗粒状结构,而Wa株的NSP1不能形成此样结构。至今发现的A组RV至少可以分为16个不同的NSP1基因型,TB-Chen株NSP1为A2型。不同基因型有独特的敏感宿主范围,同一基因型可能感染不同种动物,同一种动物也可能感染不同基因型。基因型A4型和A16型仅在鸟类病毒株中出现;而且鸟类中只有A4型和A16型。研究结果为进一步研究NSP1蛋白质的结构功能及其应用开发奠定了很好的基础。     

Expression and purification of rotavirus proteins NSP5 and NSP6 in Escherichia coli

Rotaviruses are one of the worldwide leading causes of gastroenteritis in children under 5 yr old. The rotavirus nonstructural NSP5 is a phosphoprotein implicated in viroplasms formation, whereas NSP6 could have a possible regulatory role of NSP5. It has been reported that N- and C-termini of NSP5 are important for amount of protein is required for structural analysis, efficient expression systems are required. His-tag fusion at the C-terminus and glutathione-S-transferase (GST)-fusion at the N-terminus were used as expression systems, and conditions for recombinant proteins expression were obtained. His-tag fusion was not efficient to produce NSP5 (2% of total protein), but NSP6 was expressed in higher amounts (11% of total protein). In contrast, GST-NSP5 and GST-NSP6 proteins correspond to 34 and 31% of the total proteins, respectively. GST-fusions seem to have a protective effect against nonstructural rotavirus protein toxicity in Escherichia coli; however, in both systems, NSP5 and NSP6 recombinant proteins were expressed as inclusion bodies. Conditions for solubilization and purification of recombinant proteins were achieved. This is the first report of expression and purification of NSP5 and NSP6 recombinant proteins in suitable amounts for further structural analysis.     

A组轮状病毒NSP6蛋白表达及免疫学性质研究

轮状病毒(RV）NSP6与NSP5由同一基因片段编码,至今对NSP6 性质了解很少。用基因重组表达和免疫学方法,重组表达了A组人RV NSP6蛋白,进行了NSP6的动物免疫及其抗原反应性、免疫原性研究以及RV感染细胞中NSP6的合成及亚细胞分布研究。研究结果表明,NSP6可在原核系统中高效表达,表达蛋白占菌体总蛋白的34.2%;NSP6免疫豚鼠血清抗体可特异性识别菌体细胞中表达的NSP6和SA11及Wa病毒感染的MA104细胞中合成的NSP6蛋白;病毒感染细胞中合成的NSP6在感染后3h就可检测到,12h表达量达到最高;NSP6在病毒感染细胞质中呈弥散状分布,并主要积聚在细胞核的周围,未观察到毒质体样结构。研究结果对深入了解RV NSP6的结构与功能具有重要的意义,具有重要的潜在应用价值。     

A组人轮状病毒NSP3基因的克隆及其在大肠杆菌中的表达

目的:获得轮状病毒NSP3基因的表达产物及其抗血清。方法:将TB-Chen株轮状病毒NSP3基因插入质粒pETL,构建重组表达质粒pET-NSP3,并转化大肠杆菌BL21(DE3)表达重组蛋白NSP3;用凝胶分离回收的方法纯化该蛋白,免疫豚鼠制备该蛋白的抗血清。结果:构建了重组表达质粒pET-NSP3,并在大肠杆菌中高效表达了重组蛋白NSP3,目的蛋白表达量占菌体总蛋白量的28.6%;有效地纯化了目的蛋白并制备了该蛋白的抗血清,Western印迹表明该抗血清能与重组蛋白NSP3发生特异性免疫反应。结论:通过质粒pETL能高效表达轮状病毒NSP3蛋白,该重组蛋白具有较好的免疫反应性,为进一步研究其结构、功能及免疫学性质奠定了基础。     

人轮状病毒NSP4蛋白的表达及其致小鼠腹泻作用的初步研究

研究人轮状病毒非结构蛋白NSP4在轮状病毒致病性中的作用.分离得到我国人轮状病毒97SZ8株,以谷胱甘肽S-转移酶融合蛋白的形式在大肠杆菌BL-21中表达NSP4蛋白C端86-175氨基酸并用GlutathioneSepharoseTM 4B亲和纯化.将纯化蛋白分别以0.4nmol和1.5nmol的剂量腹腔注射新生Balb/C乳鼠,记录腹泻发生和体重变化情况.当注射0.4nmol GST-NSP4T重组蛋白时,有1只小鼠发生一过性腹泻(1/6),给予1.5nmol重组蛋白时,实验组所有乳鼠都先后出现了腹泻,存在一定的剂量依赖性.本研究初步在新生小鼠建立了一种人轮状病毒腹泻动物模型,该模型有望在人轮状病毒的致腹泻机理、治疗和预防研究中发挥重要作用.     

针对NSP4基因的shRNA抑制牛轮状病毒的体外增殖

本研究根据牛轮状病毒(Bovine rotavirus,BRV)的NSP4基因序列,设计并构建了shRNA重组慢病毒载体RNAi-H1-89,利用脂质体介导法,将RNAi-H1-89与辅助质粒共转染293细胞,包装shRNA重组慢病毒;重组慢病毒感染MA104细胞24h后继续接种BRV,以针对LacZ基因的shRNA重组慢病毒为对照,48h后与LacZshR-NA对照比较,RNAi-H1-89明显抑制MA104细胞病变;RT-PCR检测结果表明,针对NSP4基因的shRNA可特异性抑制牛轮状病毒NSP4基因表达;病毒滴度测定表明,在转染50%、75%、95%RNAi-H1-89质粒的细胞培养上清液中,病毒滴度分别是对照组的50%、20%和10%。上述实验结果表明,针对NSP4基因的shRNA能高效地沉默NSP4基因,并且能阻断牛轮状病毒增殖。     

Whole genome analysis of Vietnamese G2P[4] rotavirus strains possessing the NSP2 gene sharing an ancestral sequence with Chinese sheep and goat rotavirus strains

Because imminent introduction into Vietnam of a vaccine against Rotavirus A is anticipated, baseline information on the whole genome of representative strains is needed to understand changes in circulating strains that may occur after vaccine introduction. In this study, the whole genomes of two G2P[4] strains detected in Nha Trang, Vietnam in 2008 were sequenced, this being the last period during which virtually no rotavirus vaccine was used in this country. The two strains were found to be > 99.9% identical in sequence and had a typical DS‐1 like G2‐P[4]‐I2‐R2‐C2‐M2‐A2‐N2‐T2‐E2‐H2 genotype constellation. Analysis of the Vietnamese strains with > 184 G2P[4] strains retrieved from GenBank/EMBL/DDBJ DNA databases placed the Vietnamese strains in one of the lineages commonly found among contemporary strains, with the exception of the NSP2 and NSP4 genes. The NSP2 genes were found to belong to a previously undescribed lineage that diverged from Chinese sheep and goat rotavirus strains, including a Chinese rotavirus vaccine strain LLR with 95% nucleotide identity; the time of their most recent common ancestor was 1975. The NSP4 genes were found to belong, together with Thai and USA strains, to an emergent lineage (VIII), adding further diversity to ever diversifying NSP4 lineages. Thus, there is a need to enhance surveillance of locally‐circulating strains from both children and animals at the whole genome level to address the effect of rotavirus vaccines on changing strain distribution.     

人轮状病毒NSP4蛋白的表达及其致小鼠腹泻作用的初步研究

研究人轮状病毒非结构蛋白NSP4在轮状病毒致病性中的作用。分离得到我国人轮状病毒97SZ8株,以谷胱甘肽S-转移酶融合蛋白的形式在大肠杆菌BL-21中表达NSN蛋白C端86-175氨基酸并用G1utathione SepharoseTM 4B亲和纯化。将纯化蛋白分别以0．4nmol和1．5nmol的剂量腹腔注射新生Balb／C乳鼠,记录腹泻发生和体重变化情况。当注射0．4nmol GST-NSP4重组蛋白时,有1只小鼠发生-过性腹泻(1／6),给予1．5nmol重组蛋白时,实验组所有乳鼠都先后出现了腹泻,存在一定的剂量依赖性。本研究初步在新生小鼠建立了一种人轮状病毒腹泻动物模型,该模型有望在人轮状病毒的致腹泻机理、治疗和预防研究中发挥重要作用。