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Cell:脂滴与病毒复制

Cell:脂滴与病毒复制 中科脂典
2020-08-25
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导读:揭示了病毒蛋白对宿主细胞结构进行空间和功能重塑的重要原理,并阐明了肠病毒操纵宿主细胞脂质代谢以允许病毒复制的机制。

脂滴与病毒复制

2019年7月,加利福尼亚大学旧金山分校、斯坦福大学医学院的相关研究人员在《Cell》上发表了题为“Viral Generated Inter-Organelle Contacts Redirect Lipid Flux for Genome Replication”的研究论文,揭示了病毒蛋白对宿主细胞结构进行空间和功能重塑的重要原理,并阐明了肠病毒操纵宿主细胞脂质代谢以允许病毒复制的机制。

亮点概述:
  • 髓灰质炎病毒复制细胞器与脂滴形成膜接触部位

  • 触部位可将必需脂质转移至形成的病毒细胞器

  • 毒蛋白介导接触位点并与宿主脂解机制相互作用

  • 制脂肪分解或接触位点形成破坏肠病毒复制

   研究背景   
肠道病毒是常见的人类病原体,与多种医疗并发症有关,由于所有肠道病毒都有共同的复制机制,确定肠道病毒感染所必需的宿主途径可以为泛肠道病毒治疗提供靶点。肠道病毒生命周期中的关键步骤是复制其正链单链RNA基因组。基因组复制发生在特殊的宿主衍生膜区室,称为复制区室(RCs),仅在受感染的细胞中形成。在感染后数小时内,许多囊泡在宿主细胞的细胞质中积聚。病毒蛋白,病毒RNA和宿主因子被募集到这些囊泡中,参与病毒基因组的合成。
鉴于RCs是所有肠病毒感染的普遍特征,因此阻止其形成可能是一般的抗肠道病毒治疗策略。但是,对RCs和脂质来源形成的机制了解得很少。大量观察结果表明,肠道病毒RCs的生物发生是一个复杂的过程,涉及多个膜运输和脂质代谢途径。脂滴(LDs)是真核细胞中脂质代谢的重要枢纽。它们存储脂质,这些脂质可用于产生能量,膜生物发生和信号传导,具体取决于细胞的需求。尽管它们在脂质代谢中起关键作用,但尚不确定LDs可能参与肠病毒的复制。
为了了解RCs在感染背景下的生物发生,本研究重点研究了三种感染胃肠道的肠道病毒:脊髓灰质炎病毒(PV),一种重要的肠道病毒模型和脊髓灰质炎的致病因子;柯萨奇病毒B3,能引起心肌炎和糖尿病;以及肠道病毒71,引起严重的神经系统疾病。

研究人员首先探讨LDs在PV生命周期中的可能作用,采用时程免疫荧光(IF)分析LDs在PV感染HeLa细胞中的分布和形态。使用透射电子显微镜(TEM)在更高分辨率下研究LDs和RCs之间的空间关系。结果显示LDs是肠病毒RCs脂质的重要来源,肠病毒的RCs是通过将宿主LDs募集到RCs的新型膜接触位点产生的。

PV感染导致LDs与RCs之间形成膜接触

接着,为了深入了解PV感染期间LD形态和分布变化的机制,研究人员研究了病毒蛋白协调这些变化的可能性。发现异位表达的PV 2BC,2B和2C蛋白靶向LDs,表明LDs在肠道病毒的生命周期中起着关键作用。而2B和2C这两种蛋白的LD靶向决定因素是由两亲性螺旋介导的。

病毒蛋白对LDs的靶向提示LDs参与了肠病毒的生命周期,但是LDs在感染过程中的作用尚不清楚。研究人员进一步探究表明,通过脂解途径从LDs释放FAs对于RCs的生物发生至关重要。病毒蛋白将RC束缚在LD上,并与宿主脂解机制相互作用,从而能够从LD转移脂肪酸,提供RC生物发生所必需的脂质。

脂解对于RCs和PV复制的生物发生至关重要

研究人员进一步表明,病毒蛋白与宿主脂解机制发生物理相互作用,而脂解机制的功能对于从LDs中调动FAs进行RCs的磷脂合成至关重要。因此,LDs充当脂质分配中心,重定向FAs的通量以形成RC。LDs和RCs之间的膜接触位点的形成或脂解的抑制作用会破坏RCs的生物发生并阻止几种肠病毒的复制。

HSL的抑制消除了PV感染时输入的FAs合成PC

最后,研究人员采用药理学的方法来抑制感染过程中2C的功能,并研究这种蛋白在募集LDs进行PV复制中的作用。结果表明,2C病毒蛋白的功能是LDs和RCs之间形成膜接触位点和RC生物发生所必需的,抑制2C功能可以消除LDs在RC形成中的招募。

综上所述,该研究揭示了病毒利用宿主LDs的多种方式,阐明了病毒感染中细胞器重塑的机制和功能,并确定了将病毒和宿主区室联系起来的接触部位的药理靶向作用是抗病毒发展的潜在策略。

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