流感病毒是威脅人類健康的主要病原體之一，曾引發(fā)多次全球大流行，并在每年造成季節(jié)性流行。內(nèi)源性免疫是宿主抵抗病毒感染的第一道防線。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)多個宿主蛋白具有抗病毒功能，是抗病毒藥物研發(fā)的重要靶標(biāo)蛋白。MARCH蛋白是一類位于膜上的E3泛素連接酶，已有研究發(fā)現(xiàn)其在宿主抗病毒內(nèi)源性免疫中發(fā)揮重要作用，但其抗病毒譜和抗病毒機(jī)制并不清楚。
2021年7月20日，郭斐和王健偉課題組在Nature communications上發(fā)表了題為MARCH8 inhibits influenza A virus infection by targeting viral M2 protein for ubiquitination-dependent degradation in lysosomes的論文，進(jìn)一步闡釋了MARCH8作為宿主限制因子抑制甲型流感病毒復(fù)制的作用及其分子機(jī)制。
作者首先利用慢病毒包裝體系，分析了MARCH8對于流感病毒包膜蛋白功能的影響，發(fā)現(xiàn)MARCH8能夠顯著降低病毒M2蛋白在細(xì)胞中的表達(dá)水平。用病毒感染MARCH8過表達(dá)或敲除的細(xì)胞系，進(jìn)一步證實MARCH8能夠降低病毒M2蛋白在細(xì)胞中尤其是在細(xì)胞質(zhì)膜上的表達(dá)豐度。用PPMO降低小鼠肺臟中的MARCH8蛋白的表達(dá)后，發(fā)現(xiàn)病毒復(fù)制增加，表明MARCH8能夠抑制流感病毒在小鼠體內(nèi)的復(fù)制，其作用機(jī)制是通過泛素化病毒M2蛋白，促進(jìn)質(zhì)膜上的M2蛋白內(nèi)吞并經(jīng)溶酶體途徑降解，降低M2蛋白在質(zhì)膜上的分布，進(jìn)而阻斷病毒顆粒的釋放。MARCH8介導(dǎo)底物分子的降解，依賴于底物分子胞內(nèi)區(qū)的賴氨酸殘基。M2蛋白的胞內(nèi)區(qū)含有四個賴氨酸殘基，分別為K49，K56，K60和K78。因此，作者分別對四個賴氨酸殘基進(jìn)行單個或全部突變，獲得五個M2 K>R突變體。通過比較野生型M2和K>R突變M2被MARCH8泛素化修飾和降解情況，發(fā)現(xiàn)病毒M2蛋白的K78位點是MARCH8的主要作用靶點。通過構(gòu)建攜帶K78R突變的甲型流感病毒毒株，發(fā)現(xiàn)突變病毒株在細(xì)胞和小鼠體內(nèi)具有更好的復(fù)制能力。進(jìn)一步分析K78位點在流感病毒中的保守性，作者發(fā)現(xiàn)2009甲型H1N1的流行株通過獲得78/79位點非賴氨酸的突變，逃逸MARCH8的抗病毒作用。 該研究闡釋了宿主的內(nèi)源性免疫作用及病毒的適應(yīng)性突變機(jī)制，為高產(chǎn)流感病毒疫苗株的改造提供了新的理論基礎(chǔ)。
該工作得到了中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程（2018-I2M-3-004，2020-I2M-2-014），國家科技重大專項（2018ZX10301408-003和2018ZX10731101-001-018），國家自然科學(xué)基金（82072288）等項目的支持。郭斐研究員和王健偉研究員為共同通訊作者，劉曉滿、許豐雯和任麗麗為論文共同第一作者。同時，該研究得到了中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所趙振東研究員，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物醫(yī)藥與技術(shù)研究所岑山研究員，中國疾病與預(yù)防控制中心病毒病研究所宋敬東副研究員,加拿大麥吉爾大學(xué)梁臣教授的大力支持。
PPMO靶向降低小鼠肺臟中MARCH8蛋白表達(dá)后促進(jìn)甲型流感病毒的復(fù)制
供稿|病原生物學(xué)研究所
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