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天然免疫在抵抗病毒入侵和感染中发挥重要作用,Ⅰ型干扰素(typeⅠinterferon,IFN-Ⅰ)的产生是抗病毒天然免疫的重要组成部分。病毒在感染过程中产生大量的病原相关分子模式(PAMPs),经细胞模式识别受体(PRRs)识别后,激活并招募信号通路下游的接头蛋白,最终激活转录因子IRF3(Interferon regulated factor 3),促进IRF3的活化继而入核,诱导IFN-Ⅰ的表达。IFN-Ⅰ与细胞表面的干扰素受体结合后,诱导多种干扰素刺激基因(ISGs)的表达,通过不同机制协同作用于病毒复制的各个水平,清除宿主体内入侵的病毒。
Ⅰ型单纯疱疹病毒(Herpes simplex virus 1,HSV-1)在人群中感染极为普遍,可引起口腔黏膜疱疹、疱疹性齿龈炎、唇面部疱疹以及疱疹性角膜结膜炎等疾病。HSV-1为双链DNA病毒,感染细胞后病毒核酸主要由细胞质中的DNA识别受体cGAS(cyclic-GMP-AMP synthase)识别,活化下游的接头蛋白STING(stimulator of inter feron gene),激活IFN-Ⅰ信号通路。然而HSV-1能够在机体长期甚至终生潜伏感染,其主要原因是HSV-1在进化过程中为了自身的复制和增殖,进化出多种策略,抑制干扰素信号通路,包括通过减少IFN-Ⅰ的产生及直接干扰ISGs的抗病毒作用,逃逸宿主的抗病毒天然免疫应答,但其中的作用机制尚不明确,系统揭不HSV-1免疫逃逸的分子机制,是防治疱疹病毒感染急需解决的问题。因此,本课题主要通过探讨HSV-1抑制IFN-Ⅰ生成和干扰ISGs抗病毒作用的分子机制,进一步阐述HSV-1的免疫逃逸机制。
第一部分:Ⅰ型单纯疱疹病毒拮抗Ch25h的免疫逃逸机制研究。Ch25h(C holes terol 25-hydro xylase)为抑制病毒入侵的重要的ISG,是抗病毒天然免疫的重要组成部分。本课题首先证实HSV-1感染对细胞内Ch25h蛋白的抑制作用,通过构建Ch25h与HSV-1病毒蛋白真核表达质粒,发现HSV-1皮层蛋白UL41能够抑制Ch25h的表达水平,且UL41通过其核酸内切酶活性下调细胞Ch25hmRNA水平抑制其蛋白表达。为了进一步明确ULA1对Ch25h的作用,我们使用ULA1缺失病毒(R2621)与野生型(WT)HSV-1分别感染细胞,在病毒感染水平确定UL41对Ch25h的作用机制。最后通过在细胞内过表达Ch25h以及在HEK239细胞中建立Ch25h稳定干扰细胞系,提高或降低细胞内Ch25h的表达水平,通过检测R2621和WTHSV-1的病毒复制情况,进一步明确ULA1对Ch25h的抑制作用。通过以上实验揭示HSV-1UL41通过特异性降解Ch25hmRNA抑制其蛋白表达水平,拮抗Ch25h的抗病毒作用,有利于病毒逃逸机体抗病毒免疫应答。
第二部分:Ⅰ型单纯疱疹病毒拮抗β-catenin的免疫逃逸机制研究。现有研究表明,β-catenin在诱导IFN-Ⅰ产生的过程中发挥重要的作用。本课题首先利用CRISPR-Cas9基因编辑技术构建β-catenin缺失的HEK293T细胞系,证实β-catenin在cGAS/STING介导的DNA受体识别干扰素信号通路中发挥重要作用。进一步研究发现,HSV-1的丝苏氨酸激酶蛋白US3能够抑制β-catenin诱导的IFN-β的产生,并利用US3激酶活性突变质粒以及US3基因缺失和激酶活性突变病毒,证实US3对β-catenin的抑制作用依赖其磷酸激酶活性。免疫共沉淀实验(co-IP)证实US3能够通过抑制β-catenin与IRF3的相互作用进而抑制干扰素的产生;免疫荧光及Westernblotting(WB)实验明确US3通过其丝苏氨酸激酶活性抑制β-catenin的入核水平,进而抑制β-catenin诱导的干扰素信号通路。最后,利用蛋白质质谱分析及WB检测证实US3对β-catenin的556位苏氨酸具有异常磷酸化作用,并通过构建β-catenin556位苏氨酸特定位点突变质粒,进一步明确HSV-1US3通过对β-catenin的异常磷酸化,抑制β-catenin介导的IFN-β的产生,逃逸宿主抗病毒天然免疫。
综上所述,本研究证实HSV-1病毒皮层蛋白UL41能够通过核酸内切酶活性特异性降解Ch25hmRNA抑制其蛋白表达,直接抑制Ch25h的抗病毒作用;蛋白激酶US3通过异常磷酸化β-catenin抑制其对干扰素信号通路的激活,阻碍IFN-β的产生,两种病毒蛋白从不同的作用水平,抑制宿主的抗病毒天然免疫,从而有利于HSV-1的感染和自我复制。
Ⅰ型单纯疱疹病毒(Herpes simplex virus 1,HSV-1)在人群中感染极为普遍,可引起口腔黏膜疱疹、疱疹性齿龈炎、唇面部疱疹以及疱疹性角膜结膜炎等疾病。HSV-1为双链DNA病毒,感染细胞后病毒核酸主要由细胞质中的DNA识别受体cGAS(cyclic-GMP-AMP synthase)识别,活化下游的接头蛋白STING(stimulator of inter feron gene),激活IFN-Ⅰ信号通路。然而HSV-1能够在机体长期甚至终生潜伏感染,其主要原因是HSV-1在进化过程中为了自身的复制和增殖,进化出多种策略,抑制干扰素信号通路,包括通过减少IFN-Ⅰ的产生及直接干扰ISGs的抗病毒作用,逃逸宿主的抗病毒天然免疫应答,但其中的作用机制尚不明确,系统揭不HSV-1免疫逃逸的分子机制,是防治疱疹病毒感染急需解决的问题。因此,本课题主要通过探讨HSV-1抑制IFN-Ⅰ生成和干扰ISGs抗病毒作用的分子机制,进一步阐述HSV-1的免疫逃逸机制。
第一部分:Ⅰ型单纯疱疹病毒拮抗Ch25h的免疫逃逸机制研究。Ch25h(C holes terol 25-hydro xylase)为抑制病毒入侵的重要的ISG,是抗病毒天然免疫的重要组成部分。本课题首先证实HSV-1感染对细胞内Ch25h蛋白的抑制作用,通过构建Ch25h与HSV-1病毒蛋白真核表达质粒,发现HSV-1皮层蛋白UL41能够抑制Ch25h的表达水平,且UL41通过其核酸内切酶活性下调细胞Ch25hmRNA水平抑制其蛋白表达。为了进一步明确ULA1对Ch25h的作用,我们使用ULA1缺失病毒(R2621)与野生型(WT)HSV-1分别感染细胞,在病毒感染水平确定UL41对Ch25h的作用机制。最后通过在细胞内过表达Ch25h以及在HEK239细胞中建立Ch25h稳定干扰细胞系,提高或降低细胞内Ch25h的表达水平,通过检测R2621和WTHSV-1的病毒复制情况,进一步明确ULA1对Ch25h的抑制作用。通过以上实验揭示HSV-1UL41通过特异性降解Ch25hmRNA抑制其蛋白表达水平,拮抗Ch25h的抗病毒作用,有利于病毒逃逸机体抗病毒免疫应答。
第二部分:Ⅰ型单纯疱疹病毒拮抗β-catenin的免疫逃逸机制研究。现有研究表明,β-catenin在诱导IFN-Ⅰ产生的过程中发挥重要的作用。本课题首先利用CRISPR-Cas9基因编辑技术构建β-catenin缺失的HEK293T细胞系,证实β-catenin在cGAS/STING介导的DNA受体识别干扰素信号通路中发挥重要作用。进一步研究发现,HSV-1的丝苏氨酸激酶蛋白US3能够抑制β-catenin诱导的IFN-β的产生,并利用US3激酶活性突变质粒以及US3基因缺失和激酶活性突变病毒,证实US3对β-catenin的抑制作用依赖其磷酸激酶活性。免疫共沉淀实验(co-IP)证实US3能够通过抑制β-catenin与IRF3的相互作用进而抑制干扰素的产生;免疫荧光及Westernblotting(WB)实验明确US3通过其丝苏氨酸激酶活性抑制β-catenin的入核水平,进而抑制β-catenin诱导的干扰素信号通路。最后,利用蛋白质质谱分析及WB检测证实US3对β-catenin的556位苏氨酸具有异常磷酸化作用,并通过构建β-catenin556位苏氨酸特定位点突变质粒,进一步明确HSV-1US3通过对β-catenin的异常磷酸化,抑制β-catenin介导的IFN-β的产生,逃逸宿主抗病毒天然免疫。
综上所述,本研究证实HSV-1病毒皮层蛋白UL41能够通过核酸内切酶活性特异性降解Ch25hmRNA抑制其蛋白表达,直接抑制Ch25h的抗病毒作用;蛋白激酶US3通过异常磷酸化β-catenin抑制其对干扰素信号通路的激活,阻碍IFN-β的产生,两种病毒蛋白从不同的作用水平,抑制宿主的抗病毒天然免疫,从而有利于HSV-1的感染和自我复制。