该研究由Le Ma、Fang Li、Jing-Wei Zhang、Wei Li、Dong-Ming Zhao、Han Wang、Rong-Hong Hua和Zhi-Gao Bu等主要作者完成,研究单位分别是中国农业科学院哈尔滨兽医研究所的“兽医生物技术国家重点实验室”,以及扬州大学的“江苏重要动物传染病防控协同创新中心”。这项研究发表于《Journal of Virology》,出版日期为2018年6月,DOI为https://doi.org/10.1128/jvi.00197-18。
本研究属于日本脑炎病毒(Japanese encephalitis virus, 简称JEV)及其复制机制的领域。JEV 是一种通过蚊虫传播的虫媒病毒,属于黄病毒属(Flavivirus)。除了JEV外,该属还包含西尼罗病毒(West Nile Virus, WNV)、登革热病毒(Dengue virus, DENV)、黄热病毒(Yellow fever virus, YFV)和寨卡病毒(Zika virus, ZIKV)等对人类健康威胁重大的病毒。这些病毒具有相似的复制周期和基因组结构,其基因组为单链正义RNA,编码一个大多聚蛋白,该多聚蛋白通过细胞或病毒的蛋白酶裂解形成三个结构蛋白(C、PrM/M和E)和七个非结构蛋白(NS1、NS2A、NS2B、NS3、NS4A、NS4B和NS5)。
此前研究表明,宿主因子在黄病毒复制过程中起到重要作用,但具体机制尚不明确。本研究的目标是以JEV为模型病毒,通过研究宿主因子Signal Peptidase Complex Subunit 1(信号肽酶复合体亚基1,简称SPCS1)的功能,探讨其在JEV和其他黄病毒复制过程中的作用机制。
研究分为多个阶段,分别采用了人胚肾细胞(HEK-293)、SPCS1敲除的HEK-293细胞(SPCS1 KO细胞)、及多种标记基因报告系统来研究SPCS1对JEV复制的影响。
研究首先通过RNA干扰(siRNA)和CRISPR-Cas9系统敲除内源性SPCS1功能,验证其对JEV传播的调控作用。结果显示,SPCS1的缺失显著降低了JEV的病毒颗粒组装和感染性颗粒的生成,但不影响病毒进入细胞、RNA复制或蛋白翻译。
作者利用双分子荧光互补技术(Bimolecular Fluorescence Complementation, BiFC),发现SPCS1与非结构蛋白NS2B的跨膜区域发生互作。这一发现随后通过免疫共沉淀实验进一步验证。结果表明,NS2B的两个独立的跨膜结构域,分别是NS2B(1–49)和NS2B(84–131),都与SPCS1发生互作。
通过对NS2B和SPCS1的跨膜区域及保守氨基酸位点进行突变分析,研究发现G12A、G37A和G47A突变显著减弱了NS2B(1–49)与SPCS1的互作;而P112A突变削弱了NS2B(84–131)与SPCS1的互作。此外,SPCS1(91–169)的两个跨膜结构域在与NS2B相互作用中起到关键作用。
为了进一步探讨SPCS1在病毒组装过程中的作用,研究首次通过电子显微镜观察证实,SPCS1敲除会导致细胞中缺乏内质网(ER)腔内的病毒颗粒。使用单轮感染的荧光报告系统显示,SPCS1缺失阻碍了感染性JEV病毒颗粒的组装。
作者采用Western Blot、实时定量PCR(RT-qPCR)以及荧光显微成像等多种方法对实验数据进行了全面验证,并使用多个对照实验确保结果的可靠性。
研究首次揭示了宿主因子SPCS1对JEV及其他黄病毒组装过程的调控机制。SPCS1通过与NS2B的跨膜区域相互作用影响病毒非结构蛋白的后翻译加工和病毒颗粒的组装。该研究不仅丰富了对黄病毒生命过程的分子机制理解,还为新型抗病毒治疗靶点的开发提供了可行方向。
在应用价值上,如果能够开发针对SPCS1与NS2B相互作用的干扰剂,可以为抗击以JEV为代表的黄病毒感染疾病开辟新的治疗策略。
该研究通过JEV为模型病毒,系统地揭示了宿主因子SPCS1在病毒复制生命周期中的分子机制,为抗击黄病毒感染提供了新的科学依据和潜在药理学靶点。这项研究不仅在病毒学领域具有重要学术价值,也为公共卫生防控这些重大人兽共患病的病毒提供了潜在的解决方案。