新冠最新研究进展-Matthias Mann团队利用多组学揭示冠状病毒对宿主的扰动机制

新冠最新研究进展-Matthias Mann团队利用多组学揭示冠状病毒对宿主的扰动机制

来源:上海中科新生命生物科技有限公司2020-6-28 访问量:29评论(0)

近日,来自慕尼黑工业大学医学院的Andreas Pichlmair团队,联合蛋白质组学领域大牛Matthias Mann在预印版平台bioRxiv上发表了一篇题为"Multi-level proteomics reveals host-perturbation strategies of SARS-CoV-2 and SARS-CoV"的新冠(SARS-CoV-2)及SARS(SARS-CoV)病毒感染全景式蛋白质组学研究的文章。该研究通过检测数十种病毒蛋白与宿主蛋白的互作组,以及病毒感染后细胞整体的蛋白质组、磷酸化蛋白质组、泛素化蛋白质组学以及转录组学,揭示了新冠病毒与SARS病毒对宿主产生扰动机制的异同点。针对新冠病毒的感染机制,研究者还筛选出了两种具有显著抗病毒效果的酶抑制剂药物。

值得一提的是,文中的蛋白质组、磷酸化蛋白质组均采用了当下的热点技术——DIA(Data-Independent Acquisition),该技术能够无偏向性采集质谱扫描范围内所有信号,全面提升鉴定深度、定量稳定性、准确性,从而实现信号网络研究的全覆盖。 尤其对于磷酸化修饰的研究而言,DIA磷酸化蛋白质组作为当下前沿技术,有效解决磷酸化修饰的定性定量难题,实现低丰度修饰信息采集向“全息扫描”飞跃。

技术路线

实验技术

互作蛋白质组:

人源肺细胞A549中表达病毒特定蛋白 + Affinity purification-MS(AP-MS);

不同时间点新冠病毒感染的ACE2过表达 A549 细胞多组学:

DIA蛋白质组 + DIA磷酸化蛋白质组 + LABLe free泛素化蛋白质组 + 转录组

主要实验结果

1. 通过在A549细胞中表达24个新冠蛋白以及27个SARS蛋白,找到宿主中总共有1086个蛋白与这些病毒蛋白有相互作用。其中,有293个蛋白与新冠蛋白特异性互作,有169个蛋白与SARS蛋白特异性互作,其余853个蛋白与新冠和SARS蛋白都有互作。在通路及功能层面,这些互作蛋白涉及非常广泛,包括固有免疫、线粒体自噬、胆固醇代谢等等。

新冠病毒及SARS病毒蛋白与宿主蛋白互作网络图

2. 在新冠病毒感染宿主细胞后,会造成许多基因以及蛋白的表达或修饰发生扰动——在转录组层面,NF-κB,压力应激等途径表达上调;在蛋白质组层面有1000个蛋白发生差异表达,包括程序性细胞死亡、高密度脂蛋白重塑等功能;病毒感染会引发ACE2, EFNB1, POLR2B, TYMS, DHFR等蛋白的泛素化修饰以及一些关键核心激酶的磷酸化修饰改变。其中,Hippo信号通路上的YAP1蛋白在泛素化及磷酸化修饰水平都发生变化。

病毒感染不同时间点后宿主的多组学响应情况

3. 综合互作组与多组学信息,作者对获得的信息做了一些总结:比如病毒ORF3蛋白通过作用于NSP6蛋白影响自噬功能;病毒M, ORF3 和 ORF7b蛋白影响宿主固有免疫;病毒ORF8通路影响TGFB通路等等。

病毒感染机制通路示意图

4. 最后,作者针对病毒感染涉及的通路挑选了48种相应的药物进行了干预实验,发现Gilteritinib,Ipatasertib,Prinomastat和Marimastat这4种药物具有显著的抗病毒效果。

针对新冠病毒感染机制进行药物筛选

小编结语

本文通过多组学技术系统研究了冠状病毒对宿主的感染机制,为开发有效阻断病毒的药物迎来了曙光。不难发现,利用病毒蛋白与宿主蛋白的互作组学+病毒感染宿主后的多组学差异表达这种研究模式,已成为全面且系统阐述病毒复制机理的新思路(互作组+蛋白质组+磷酸化组揭示寨卡病毒感染机制),这种研究模式再次在病毒感染机制研究中大显神威,对今后其它类型病毒的研究具有显著的指导意义。

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