TRIM7:全新抑制人肠道病毒的E3泛素连接酶

2021年6月01日 09:31:15 来源: BioArt
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  泛素-蛋白酶体途径介导的蛋白质降解是维持细胞内蛋白稳态的重要调控系统之一,其在多种细胞内生命活动进程中发挥重要的调控作用,例如细胞增殖、细胞分化、DNA修复、肿瘤发生、感染与免疫等 。

  E3泛素连接酶是泛素-蛋白酶体系统的重要组成部分,E3识别特异性底物,通过对底物进行不同类型的泛素化修饰而决定底物蛋白的功能与命运。在人类基因组中至少有600 多个E3,然而,据目前已有报道,仅有不到2%的E3泛素连接酶被鉴定为宿主固有的直接抗病毒蛋白 。因此,有理由相信有一些具有直接抗病毒作用的E3尚未被发掘,这些E3泛素连接酶可靶向某一个或某一类病毒的病毒蛋白或与病毒感染、复制相关的宿主因子发生蛋白酶体途径降解,而限制病毒的增殖。

  2021年5月31日,UT Southwestern Medical Center的John W. Schoggins团队(第一作者为番文春博士)在Cell上发表文章TRIM7 inhibits enterovirus replication and promotes emergence of a viral variant with increased pathogenicity,鉴定了一个全新的抑制人肠道病毒的E3泛素连接酶TRIM7,并阐明了一个全新的人类肠道病毒与宿主相互作用的方式。

  为挖掘新颖的抗病毒E3泛素连接酶,研究人员建立了表达人RING型E3泛素连接酶基因和TagRFP的双顺反子慢病毒库,利用流式细胞术对表达GFP报告蛋白的7种RNA病毒进行筛选。筛选发现,TRIM7—一个TRIM(Tripartite motif containing protein, TRIM)家族蛋白成员,对CVB3(柯萨奇病毒B3型)具有极强的抑制作用。研究人员还发现TRIM7对其它人类肠道病毒,包括EVA71、Echovirus 11、PV、和EVD68均有不通过程度的抑制作用,而对鼠肠道病毒Mengovirus (MenV)、黄热病毒(Yellow fever virus, YFV)、寨卡病毒(ZIKA virus, ZIKV)、和呼吸道合胞体病毒(Respiratory syncytial virus, RSV)等没有抑制作用。

  在分子机制探究中, 研究人员发现添加蛋白酶体抑制剂MG312可以拯救CVB3在TRIM7表达细胞中的感染。这暗示着TRIM7介导的病毒抑制作用依赖于宿主的泛素-蛋白酶体途径,表明TRIM7可能靶向某个病毒蛋白或病毒感染、复制相关的宿主因子发生降解而限制病毒。

  通过一系列病毒学相关实验,研究人员确定了TRIM7特异性抑制CVB3的RNA复制。利用免疫沉淀联合蛋白质普技术,研究人员发现TRIM7与多个病毒蛋白发生相互作用,如2C, 2BC, 3C、和3CD。有意思的是,TRIM7仅靶向2BC蛋白发生降解。2BC是2C的前体蛋白,成熟的2C蛋白在病毒RNA复制中具有关键作用。因此,TRIM7通过靶向2BC降解而抑制病毒RNA复制。

  在宿主限制因子的压力下,RNA病毒极易发生适应性突变而逃逸宿主的限制。这种病毒变异体的出现具有一定的生物安全威胁,例如病毒宿主范围的改变、抗病毒治疗的失效、以及病毒致病性的改变等。因此,获得实验性病毒适应性突变体,并研究其适应性改变具有重要的意义。

  通过在TRIM7过表达细胞中的连续传代,研究人员获得了抗TRIM7的CVB3变异体,并确定了2C蛋白第323位氨基酸的突变(T323A)赋予CVB3逃逸TRIM7的能力。CVB3 T323氨基酸残基位于2C蛋白羧基端的PBM (Pocket-binding motif, PBM),PBM是2C的功能结构基础(PMID: 28508043,PMID: 30231078),其在人肠道病毒2C蛋白中极为保守,而与其它小RNA病毒,如FMDV、EMCV、和MenV差异较大。分子机理研究发现,T323A突变弱化了2BC与TRIM7之间的相互作用,从而减少了TRIM7对2BC的降解作用。研究人员发现,CVB3-T323A体外增殖能力弱于CVB3-WT,其原因是T323A突变造成2C蛋白ATPase活性的改变。然而, CVB3-T323A在小鼠体内的复制能力高于CVB3-WT,尤其且在TRIM7高表达的组织中具有极高的病毒滴度。病理分析发现,CVB3-T323A在胰腺的极端复制造成不可逆的胰腺损伤是其高致死率的机理。值得注意的是,通过特异性靶向肝脏的脂质纳米颗粒递送技术(PMID: 32251383)递送表达鼠源 Trim7 的 mRNA 至小鼠肝脏后可保护 CVB3 感染造成的小鼠病症。此外,研究人员发现了一株来自临床分离的Echovirus 18(与CVB3、Echovirus 11同属于B型人类肠道病毒)变异株—E18/I323,其与野生型E18/T323具有相似的体外增殖能力, 但可逃逸TRIM7的抑制。未来的研究需要探究E18/I323与E18/T323之间的体内感染能力和致病性差异。

  总之,该研究鉴定了一个全新的抑制人肠道病毒的E3泛素连接酶TRIM7,并阐明了一个全新的人类肠道病毒与宿主相互作用的方式;此外,也引出以下的科学问题:TRIM7是否驱动肠道病毒2C蛋白的323 位氨基酸残基发生适应性突变?TRIM7适应性突变病毒的致病能力如何?野生型及TRIM7逃逸病毒在TRIM7敲除的宿主体内感染、致病差异如何?


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