应激颗粒在冠状病毒复制中的作用及机制

近年来多种冠状病毒感染后引发患者严重的呼吸道疾病,造成危害人类健康的严重公共卫生事件。新型冠状病毒（SARS-CoV-2）暴发以来,大量研究使得人们对冠状病毒与宿主相互作用机制有更多的了解,其中关于病毒感染后应激颗粒的形成和抗病毒作用也做了大量研究。病毒的RNA和蛋白可以激活宿主细胞内蛋白激酶R(Protein kinase R,PKR)及其下游信号,刺激应激颗粒（Stress granules,SGs）的形成,进而降低病毒在宿主细胞内所需蛋白的翻译水平,抑制病毒复制。然而冠状病毒与宿主长期博弈过程中也衍生出对抗细胞SGs的相应机制,比如利用蛋白与SGs相互作用,来抑制SGs的形成和解聚,逃逸细胞对病毒的抑制作用,保证病毒稳定复制,其中新型冠状病毒就是典型的例子。因此SGs的诱导为抗冠状病毒可能提供一个新型治疗策略。本文对冠状病毒感染抵抗细胞应激颗粒的形成促进其解聚的分子机制进行综述。     

应激颗粒：细胞调控病毒感染的重要策略

真核细胞受到热休克、氧化应激、营养缺乏或者病毒感染等外界压力的刺激下会诱导一系列的应答反应,如形成应激颗粒(stress granule,SG),从而使细胞能更好地适应环境压力。SG作为胞浆中翻译起始复合物的聚集产物,在细胞的基因表达和稳态中发挥着重要的作用。病毒感染是诱导SG形成的条件之一,病毒侵入宿主细胞后会"借用"宿主的翻译机制完成自己的生命周期,宿主为了抵抗病毒的侵略而暂停翻译形成SG。本文对SG的产生及功能,SG与病毒的相互作用以及SG与病毒诱导的先天性免疫的关系等方面进行了综述,以期为进一步研究抗病毒策略提供方向。     

活细胞内以光漂白荧光损失(FLIP)技术分析HuR蛋白的应激动力学行为

人类抗原R(human antigen R,HuR)是一种多功能RNA结合蛋白,参与细胞应激颗粒(stress granules,SGs)的构成。SGs是细胞在受到外界环境刺激时在胞浆中形成的颗粒状结构。该研究是利用光漂白荧光损失(fl uorescence loss in photobleaching,FLIP)技术对活细胞内的HuR蛋白颗粒进行应激动力学分析。首先,利用脂质体将RFP-HuR重组质粒瞬时转染入HeLa细胞,以Western blot和细胞免疫荧光实验确定是否实现对于HuR蛋白的红色荧光蛋白(red fl uorecent protein,RFP)标记;然后以405 nm激光束脉冲式重复光漂白HuR应激颗粒,分别监测同一漂白细胞内的其他HuR颗粒以及核内荧光信号,并以邻近的未漂白细胞作为对照组。实验结果表明,转染重组质粒后可有效表达RFP-HuR融合蛋白,且与SGs标记蛋白G3BP存在共定位关系。在第一个光漂白循环,漂白区荧光密度便从2 500 a.u.降低至0 a.u.;而经过约12个漂白循环(240 s)后,邻近HuR颗粒的荧光密度从漂白前的1 800 a.u.左右降低并维持在200 a.u.左右,表明活细胞内的HuR颗粒呈现高度的动态性;而胞核区荧光密度亦从4 400 a.u.降低至2 000 a.u.左右,表明HuR蛋白是一种核浆穿梭蛋白,在SGs、胞浆及胞核之间存在一定的动态平衡。利用FLIP技术可以分析并比较SGs不同成分的应激动力学属性,有助于进行SGs相关临床疾病的分子机制探讨。     

RNA解旋酶和应激颗粒

应激颗粒（stress granules, SGs）是细胞在环境压力刺激下停止蛋白质翻译后,mRNA与多种细胞蛋白组装而成的胞质颗粒结构.RNA 解旋酶家族作为生物体内普遍存在的一类高度保守的蛋白质酶类,参与了RNA代谢各个环节,近年来其家族成员被陆续发现是一类新的SG重要组分.本文综述了RNA解旋酶参与应激颗粒形成过程,RNA解旋酶家族蛋白的结构和其参与应激颗粒形成的研究进展.     

病毒感染与宿主细胞DNA损伤应答

病毒感染宿主细胞后,利用细胞内的营养物质和原料进行复制和增殖,同时能引起宿主细胞启动抗病毒免疫应答的防御机制。此外,近年来的研究还表明病毒感染能够引起宿主细胞的DNA损伤应答,该反应是细胞另一种防止病毒入侵的自我保护机制。同时发现,病毒在长期进化过程中形成了不同的机制来对抗宿主细胞的DNA损伤应答,从而消除细胞对其复制和繁殖产生的不利影响。因此,研究和阐述病毒感染后引起宿主细胞DNA损伤应答途径的机制,可使我们采取相应对策选择新的抗病毒靶点,从而有利于新型抗病毒药物的开发。     

应激颗粒的形成与生物学意义

真核细胞对外界压力刺激会做出一系列应答反应,如暂停蛋白质翻译系统,从而使细胞能更好地适应环境压力。通过应激颗粒（stress granules,SG）的形成包裹未被翻译的mRNA是该适应性调节的重要方式。研究表明,环境压力导致eIF2α上游激酶的激活从而磷酸化eIF2α,翻译起始受阻,随后,TIA-1、TTP等蛋白迅速与mRNP结合聚集成SG,并在微管蛋白的帮助下进一步向细胞核聚集,形成成熟的SG。当压力消失,SG依赖微管及其动力蛋白进行解聚,释放包裹的mRNA及蛋白。细胞内成熟的SG在转录后调节中发挥重要作用,并且通过其组成蛋白在肿瘤凋亡、病毒侵染、免疫、炎症反应及由蛋白错误折叠引起的疾病中发挥作用。该文首次综述了压力颗粒研究进展,为充分认识SG的病理生理性调节功能提供参考。     

冠状病毒感染调控细胞凋亡机制研究进展

冠状病毒是常见的感染人类和动物并造成健康危害的主要病原性微生物之一,冠状病毒感染细胞后,细胞产生免疫应答,病毒为了在细胞内转录翻译和装配下一代,应对细胞免疫应答的同时,还参与到许多细胞活动中,当细胞特定受体与病毒蛋白结合后,细胞即启动凋亡程序。冠状病毒的许多蛋白在细胞凋亡程序中起促进或抑制凋亡的不同作用,如病毒S蛋白与细胞膜死亡受体作用诱导细胞启动外在凋亡途径,病毒感染细胞后产生的M、S蛋白引起细胞内质网应激、Ca2+失衡,诱导细胞启动内在凋亡途径,而E蛋白则抑制细胞凋亡的发生。本文综述了冠状病毒对侵染细胞的促凋亡或抑制凋亡作用及其作用机制,通过了解病毒不同蛋白在各种凋亡途径中的不同作用,希望为人工干预调控细胞研究提供思路,为冠状病毒感染防控提供理论支持。     

SND1蛋白与HuR蛋白相互结合作用

人源SND1(staphylococcal nuclease domain containing 1)蛋白由N端的SN(staphylococcal nucleases)结构域和C端的TSN(Tudor-SN5)结构域组成,其中SN结构域又包含SN1~SN4四个重复的功能片段.本课题组前期研究结果表明,SND1蛋白可以通过SN结构域与G3BP(Ras-GAP SH3 domain-binding protein)蛋白相互结合,共同参与细胞应激颗粒(stress granules,SGs)的形成.SGs是真核细胞在受到氧化应激、病毒感染等外界刺激时在胞浆内形成的与RNA代谢相关的颗粒状结构.对于SGs的成分鉴定及相互作用的分析一直是学者们研究的热点.本研究中,免疫共沉淀实验结果表明,以抗SND1抗体可以共沉淀出HeLa细胞内另一个重要的应激相关人类抗原R(human antigen R,HuR)蛋白.另外,利用脂质体转染法将pcDNA3-FLAG-HuR重组质粒瞬时转染入HeLa细胞,成功过表达外源性的FLAG-HuR融合蛋白,再以抗FLAG标签抗体又可以反向共沉淀出内源性SND1蛋白,证明SND1与HuR之间存在蛋白质间的相互结合作用.细胞免疫荧光实验结果表明,当给予HeLa细胞0.5 mmol/L亚砷酸钠氧化应激时,SND1与HuR蛋白共同定位于胞浆中的SGs结构中.GST-pulldown实验结果进一步表明截短的SN结构域可以结合HuR蛋白,其中以SN1功能片段的结合能力最强,表明SND1蛋白是通过SN结构域与HuR蛋白形成应激复合物,参与SGs的胞浆组装.并不定位于SGs的TSN结构域亦可结合HuR蛋白,提示SND1-HuR的蛋白相互作用可能并不局限于SGs,具有其它方面的功能意义.     

SND1蛋白与HuR蛋白的相互结合作用

人源SND1（staphylococcal nuclease domain containing 1）蛋白由N端的SN（staphylococcal nucleases）结构域和C端的TSN (Tudor SN5) 结构域组成,其中SN结构域又包含SN1～SN4四个重复的功能片段. 本课题组前期研究结果表明,SND1蛋白可以通过SN结构域与G3BP（Ras GAP SH3 domain binding protein）蛋白相互结合,共同参与细胞应激颗粒（stress granules,SGs）的形成. SGs是真核细胞在受到氧化应激、病毒感染等外界刺激时在胞浆内形成的与RNA代谢相关的颗粒状结构. 对于SGs的成分鉴定及相互作用的分析一直是学者们研究的热点. 本研究中,免疫共沉淀实验结果表明,以抗SND1抗体可以共沉淀出HeLa细胞内另一个重要的应激相关人类抗原R（human antigen R,HuR）蛋白. 另外,利用脂质体转染法将pcDNA3 FLAG HuR重组质粒瞬时转染入HeLa细胞,成功过表达外源性的FLAG HuR融合蛋白,再以抗FLAG标签抗体又可以反向共沉淀出内源性SND1蛋白,证明SND1与HuR之间存在蛋白质间的相互结合作用. 细胞免疫荧光实验结果表明,当给予HeLa细胞05 mmol/L亚砷酸钠氧化应激时,SND1与HuR蛋白共同定位于胞浆中的SGs结构中. GST pulldown实验结果进一步表明截短的SN结构域可以结合HuR蛋白,其中以SN1功能片段的结合能力最强,表明SND1蛋白是通过SN结构域与HuR蛋白形成应激复合物,参与SGs的胞浆组装.并不定位于SGs的TSN结构域亦可结合HuR蛋白,提示SND1 HuR的蛋白相互作用可能并不局限于SGs,具有其它方面的功能意义.     

疱疹病毒与内质网应激

内质网是分泌型蛋白和膜蛋白折叠及翻译后修饰的主要场所.病毒感染所引起的宿主细胞内环境的改变可使细胞或病毒的未折叠和/或错误折叠蛋白在内质网中大量聚集,使内质网处于生理功能紊乱的应激状态.为了缓解这种应激压力,细胞会启动未折叠蛋白反应(UPR),并通过一系列分子的信号转导维持内质网稳态;同时病毒也会通过对UPR的精密调控...     

清除或劫持:细胞自噬与病毒感染

细胞自噬是广泛存在于真核生物中的生命现象,在进化上高度保守。作为一种防御和应激调控机制,自噬在维持细胞内稳态中发挥重要作用。近年来多项研究发现自噬能够参与机体免疫应答,产生抗病毒效应;而某些病毒则进化出一些策略劫持自噬来利于自身的增殖。通过干预自噬途径寻找药物新靶点和治疗策略逐渐成为抗病毒治疗的重要方向。本文概述了细胞自噬与病毒感染之间关系,以期为抗病毒研究提供参考。     

病毒IRES的结构及IRES介导的蛋白质翻译研究进展

核糖体进入位点(internal ribosome entry sites,IRES)常见于许多正链RNA病毒基因组以及部分细胞基因.在营养缺乏、内质网应激、缺氧和病毒感染等不利条件下,细胞翻译也能够从经典的帽子依赖型翻译转换为依赖于IRES的翻译机制.事实上,自IRES被发现以来,其相关的翻译机制调控被认为是病毒感染...     

病毒蛋白脂酰化及其功能

脂酰化是一种重要的蛋白翻译后修饰,主要包括棕榈酰化、豆蔻酰化、异戊烯化和糖基化磷脂酰肌醇(GPI)共价结合4种方式。不同的病毒蛋白可发生不同类型的脂酰化,其生物学功能也会发生相应改变。棕榈酰化通常能增强病毒跨膜蛋白的疏水性,调节这些蛋白的胞内运输及定位,进一步影响病毒感染过程中的膜融合、病毒颗粒装配及释放等步骤。豆蔻酰化则可调控病毒蛋白表面的正电荷强度,使病毒蛋白与脂质膜的亲和力改变,如preS1豆蔻酰化加强乙型肝炎病毒(HBV)和丁型肝炎病毒(HDV)的受体识别能力及感染性,而人类免疫缺陷病毒(HIV)Nef豆蔻酰化为病毒感染及免疫应答所必需。异戊烯化能使病毒游离的蛋白与膜结合,并介导蛋白间的相互作用,如大HDV抗原(L-HDAg)异戊烯化有利于其运输至内质网膜上,与HBV表面抗原(HBsAg)及HDV RNA共同形成HDV颗粒。此外,一些病毒蛋白与GPI通过共价结合形成复合物,GPI基团可改变感染细胞的膜结构及胞质内磷脂构成,如GPI与朊蛋白(PrP)结合导致细胞型朊蛋白(PrPc)交联或羊痒疫朊蛋白(PrPsc)聚集,与朊病毒引起的海绵样病变有关。进一步了解病毒蛋白脂酰化机制,有利于设计和开发以此为靶点的特异性抗病毒新药。     

核糖体谱测序在病毒学研究中的应用

核糖体谱测序结合了RNA深度测序和核酸酶足迹技术,可同时检测细胞内全部基因的转录和翻译。用此方法检测被病毒感染的细胞,不但有可能发现新的病毒蛋白,完善病毒基因组注释,而且还可能发现新的基因翻译现象,为研究翻译机制指明方向。同时,该方法能够检测到被病毒感染后宿主翻译水平的动态变化,为研究病毒和宿主之间的相互作用提供线索。目前,学者已经利用核糖体谱测序法分析了6个DNA病毒和4个RNA病毒感染细胞后翻译相关的特征。本文对核糖体谱测序方法在病毒学中的相关研究进行总结和分析,希望为广大病毒学研究者提供新的方法与思路。     

替换HIV-1衣壳蛋白基因SHIV的构建及其活性测定

将猴免疫缺陷病毒(Simianimmunodeficiencyvirus,SIVmm239)中gag基因的衣壳蛋白部分置换成人免疫缺陷病毒(Humanimmunodeficiencyvirustype1,HIV-1HXBc2)的相应部分,构建出替换了衣壳蛋白基因的人/猿嵌合免疫缺陷病毒(SHIV)原病毒DNA。用此SHIV原病毒DNA转染293T细胞,细胞中能够检测到嵌合病毒基因的转录与翻译;在细胞培养液上清中亦可检测到装配出的病毒颗粒。病毒颗粒形态正常,含有基因组RNA,具有反转录酶活性,嵌合的外源衣壳蛋白能够正确剪切,形成棒状的核心。将此嵌合SHIV病毒感染MT4细胞,病毒能够吸附并进入细胞,能完成反转录过程,但不能增殖。     

丙型肝炎病毒F蛋白缺失对病毒复制及感染性的影响

探索了F蛋白缺失及核心蛋白(Core)二级结构改变对丙型肝炎病毒(HCV)复制和感染性的影响．利用定点突变方法,将J6JFH1的核心基因引进5个终止密码子以中断F蛋白的表达,从而获得F蛋白缺失的病毒复制子J6JFH1/ΔF．体外制备RNA转录体,并电穿孔转染Huh7.5.1细胞,采用免疫荧光、实时荧光定量PCR方法以及病毒感染等方法,观察F蛋白缺失对病毒复制、蛋白质表达及转染细胞上清感染性病毒颗粒产生的影响．在此基础上,构建5个单一突变病毒体,对HCV核心蛋白进行二级结构分析,观察核心蛋白二级结构对HCV复制和翻译的影响．结果显示,转染48 h后,J6JFH1/ΔF与野生型J6JFH1相比,J6JFH1/ΔF转染阳性细胞数明显降低,细胞内HCV RNA 水平降低约95%,J6JFH1/ΔF转染后不同时间点细胞上清中HCV RNA拷贝数和病毒颗粒也明显降低．5个单一突变体不影响核心基因二级结构,病毒在细胞内复制和感染性与野生型水平一致．J6JFH1/ΔF所产生的改变可能是由于5处突变导致核心基因二级结构改变而造成的．结果说明,HCV F蛋白缺失不影响病毒的复制翻译及病毒颗粒的包装释放,核心蛋白二级结构的改变对病毒复制和翻译则产生较大影响．     

替换HIV-1衣壳蛋白基因SHIV的构建及其活性测定

将猴免疫缺陷病毒(Simian immunodeficiency virus,SIVmm239)中gag基因的衣壳蛋白部分置换成人免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus type1,HIV-1 HXBc2)的相应部分,构建出替换了衣壳蛋白基因的人/猿嵌合免疫缺陷病毒(SHIV)原病毒DNA.用此SHIV原病毒DNA转染293T细胞,细胞中能够检测到嵌合病毒基因的转录与翻译;在细胞培养液上清中亦可检测到装配出的病毒颗粒.病毒颗粒形态正常,含有基因组RNA,具有反转录酶活性,嵌合的外源衣壳蛋白能够正确剪切,形成棒状的核心.将此嵌合SHIV病毒感染MT4细胞,病毒能够吸附并进入细胞,能完成反转录过程,但不能增殖.     

草鱼呼肠孤病毒在CIK细胞中复制及形态发生的研究

以草鱼呼肠孤病毒(GCRV)感染的草鱼肾细胞系(CIK)为模型,进行了草鱼呼肠孤病毒在细胞内的形态发生的研究.当病毒以感染复数为5～10PFU/CELL感染CIK细胞时,在病毒感染细胞4h以内的切片中,可观察到脱去部分外层衣壳的不完整病毒颗粒.感染细胞8h,可观察到浆胞内病毒发生基质,其内含有大量的直径约50nm的亚病毒颗粒,无外层蛋白结构.感染12～16h后,这些亚病毒颗粒装配上外层蛋白结构,形成直径为72nm左右的成熟的病毒粒子.病毒感染细胞8h后,开始出现典型的病毒包含体,16～20h小时病毒包含体裂解,继而释放出有感染性的子代病毒颗粒.该结果有助于对GCRV致病机理的了解.     

微囊泡与病毒感染

微囊泡(microvesicle)是细胞释放到胞外的膜性囊泡,其能将所含的蛋白质、脂类和核酸分子转运给其他细胞,从而介导细胞间通讯。作为严格细胞内寄生的微生物,病毒能利用微囊泡的生物合成和扩散途径进行病毒粒子的组装、出芽和传递,同时将病毒蛋白或基因组包装入微囊泡中。这些病毒修饰的囊泡能介导病毒在机体内的感染和扩散,或导致免疫细胞损伤以及耐受抗体的中和,从而逃避宿主免疫应答,引起持续性感染。重要的是,微囊泡介导的病毒感染打破了对病毒在体内扩散和感染时必须有病毒粒子存在的传统认知。对微囊泡与病毒感染进行综述,以促进对微囊泡介导病毒感染和抑制宿主免疫应答分子机制的了解。     

细胞自噬在HIV病毒发病机理中的作用

细胞自噬是真核细胞在长期进化过程中形成的一种自我保护机制．通过溶酶体途径将胞质蛋白和细胞器降解为小分子．从而为饥饿状态下的细胞提供能量。此外,细胞自噬还能清除入侵的病原性微生物,在天然性和适应性免疫中发挥重要作用。然而近年来研究发现,细胞自噬不仅不能清除HIV病毒,反而有助于HIV病毒的复-a4。此外,HIV病毒蛋白似乎能够阻断细胞自噬作用．促进CD4＋T淋巴细胞死亡和艾滋病的发生。简要介绍了细胞自噬的机制。以及细胞自噬在HIV病毒感染中的病理、生理作用。研究细胞自噬与HIV病毒之间的相互作用．有望发现治疗艾滋病的新靶点。