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DIA及磷酸化蛋白质组学揭示新冠病毒如何逃避人体免疫系统
点击次数:321 发布日期:2022-4-21  来源:中科新生命

自新冠爆发以来,至今已感染上亿人。新冠病毒SARS-CoV-2突变率高,稳定性差,相继出现变种包括Alpha、Delta、Omicron等,表明病毒适应了人与人之间的传播,且进化出更高效的方式逃避人体免疫反应。

2021年12月23日,来自英国伦敦大学学院、定量生物科学研究所等团队人员联合在Nature(IF= 49.962)上发表题为“Evolution of enhanced innate immune evasion by SARS-CoV-2”的研究文章,该研究采用DIA蛋白质组、DIA磷酸化蛋白质组、转录组等多组学技术,发现SARS-CoV-2 Alpha (B.1.1.7)通过高表达更多的“拮抗蛋白”,如N、Orf6和Orf9b,以此逃避机体先天免疫系统,增加其成功传播的可能性。此外,在Delta和Omicron变种中,也观察到N/Orf9b调控区域存在类似的突变。



研究材料
SARS-CoV-2不同毒株感染细胞

技术路线
· 步骤1:SARS-CoV-2 Alpha株感染降低干扰素诱导;
· 步骤2:多组学分析揭示SARS-CoV-2 Alpha变种抑制先天免疫相关信号通路;
· 步骤3:SARS-CoV-2 Alpha株感染期间其先天免疫拮抗蛋白的表达显著上调;
· 步骤4:Orf9b通过结合TOM70 而拮抗 RNA 传感下游的先天免疫反应激活;
· 步骤5:SARS-CoV-2 Alpha对先天免疫激活的拮抗作用示意图。

研究结果
1. SARS-CoV-2 Alpha株感染降低干扰素产生
利用SARS-CoV-2 Alpha株(B.1.1.7)、早期谱系分离株(IC19、VIC)感染肺细胞,测定病毒生长情况,并通过测定病毒感染细胞产生的干扰素量评估先天免疫反应的激活程度。结果发现,SARS-CoV-2 的Alpha株与早期谱系分离株具有类似病毒生长情况,然而Alpha株感染间产生的干扰素水平远低于所有早期变体,说明SARS-CoV-2 Alpha株(B.1.1.7)比早期谱系分离株更有效地拮抗先天免疫激活。



图1 SARS-CoV-2 Alpha变种比早期谱系分离株更有效地拮抗先天免疫


2. 多组学分析揭示SARS-CoV-2 Alpha变种抑制先天免疫相关信号通路
进一步,利用DIA蛋白质组学、DIA磷酸化蛋白质组学、转录组等分析不同株系病毒感染后不同时间点的宿主细胞中免疫反应网络变化。通过GSEA富集分析,发现Alpha株相对早期谱系分离株而言,显著富集在IFNa/β、细胞因子/趋化因子等信号通路中,该结果表明,SARS-CoV-2 Alpha株 (B.1.1.7)更有效地抑制气道上皮细胞的先天免疫反应。



图2 多组学分析表明SARS-CoV-2 Alpha变种抑制先天免疫相关信号通路


3. SARS-CoV-2 Alpha株感染期间其先天免疫拮抗蛋白的表达显著上调
随后,对转录组、蛋白组数据中病毒自身蛋白表达进行分析,发现Alpha株感染相较于早期谱系分离株,一些已知的先天免疫拮抗蛋白(N、Orf9b、Orf6)在RNA和蛋白表达水平均发生显著上调。



图3 SARS-CoV-2 Alpha株感染期间其先天免疫拮抗蛋白的表达显著上调


4. Orf9b通过结合TOM70 而拮抗 RNA 传感下游的先天免疫反应激活
线粒体抗病毒信号蛋白(MAVS)作为RNA传感适配器,是感应病毒RNA并引发抗病毒免疫反应的重要分子,其中TOM70是激活MAVS所需的重要蛋白。在进一步探究病毒拮抗先天免疫激活机制中,研究发现病毒拮抗蛋白Orf9b能通过结合TOM70而抑制先天免疫反应。此外,Orf9b的活性及其与TOM70的相互作用会受到磷酸化调控。综上表明,Orf9b能够结合TOM70而拮抗RNA传感下游的先天免疫反应激活。



图4 Orf9b 结合 TOM70 并拮抗 RNA 传感下游的先天免疫反应激活


5. SARS-CoV-2 Alpha对先天免疫激活的拮抗作用示意图
通过以上分析,最终绘制了SARS-CoV-2 Alpha(B.1.1.7)拮抗先天免疫系统的示意图。相较于早期谱系分离株,SARS-CoV-2 Alpha (B.1.1.7)能通过先天免疫拮抗剂Orf9b、Orf6和N在不同水平上抑制RNA感知,比如,Orf9b可通过与磷酸化调控的TOM70相互作用抑制RNA感知,Orf6可抑制IRF3和STAT1核易位,N则阻止RNA传感器RIG-I的激活。而这些关键先天免疫拮抗剂进化产生更多的sgRNA,使拮抗蛋白的表达和作用能力增强。



图5 SARS-CoV-2 Alpha对先天免疫激活的拮抗作用示意图


小编小结
本研究利用多组学技术(DIA蛋白质组、DIA磷酸化蛋白质组、转录组),解析了SARS-CoV-2 Alpha变种与其他病毒早期谱系分离株感染宿主细胞后,宿主信号网络尤其是先天免疫反应调控网络的变化,揭示了SARS-CoV-2逃避免疫反应的机制,对于后续抗病毒策略发展提供了重要的理论基础。

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来源:上海中科新生命生物科技有限公司
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