NS5B和整合素β3在猪瘟病毒复制增殖中的作用和分子机制研究

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猪瘟(CSF)是一种具有高度传染性和致死性的传染病,给养猪业造成了巨大的经济损失。目前我国控制猪瘟的方法主要是疫苗预防和扑杀患病动物,虽然收到了明显的防疫效果,但慢性猪瘟和非典型猪瘟在我国仍不断发生,给猪瘟的防疫带来了困难和新的问题。因此,探究猪瘟病毒复制增殖机制及其与宿主细胞的相互作用关系,将会为揭示猪瘟病毒的致病机制和探索有效防控方法提供理论依据。本研究围绕猪瘟病毒的非结构蛋白NS5B(依赖RNA的RNA聚合酶)和膜受体蛋白整合素β3展开研究,主要探究两者在猪瘟病毒感染及增殖中的作用及其调控机制,获得了以下几结果:1.猪瘟病毒NS5B在人293T细胞中表达并表现出RNA聚合酶活性。在没有其他猪瘟病毒蛋白和猪瘟病毒基因组存在的前提下,利用宿主细胞的模板RNA合成了RNA,该RNA可被RIG-I识别并致使细胞产生内源性免疫反应。体外表达的NS5B蛋白可以利用人工合成的异源RNA模板从头起始合成RNA。根据预测的猪瘟病毒NS5B的二级和三级结构,设计了8个猪瘟病毒活性区域的突变体,体外RNA合成试验证明,突变体K282R的RNA聚合酶活性增强,其他突变体K283R、R285K、I287V的RNA聚合酶活性减弱,K282A、K283A、R285A、I287A突变体的RNA聚合酶活性基本丧失。同时检测了100种化学合成药物对猪瘟病毒NS5B蛋白活性的影响,发现了两种可以抑制猪瘟病毒NS5B活性的药物,这为将来研究抗猪瘟病毒相关抗体或者药物的开发提供了理论依据。2.首次证明了猪瘟病毒衣壳蛋白Core可增强NS5B蛋白的RNA聚合酶活性。通过5BR试验在细胞中瞬时表达猪瘟病毒NS5B蛋白,进而合成短的RNA,并通过RIG-I介导的信号通路诱导报告基因的表达,以此在细胞水平检测NS5B的RNA聚合酶活性。同时观察到猪瘟病毒的Core蛋白和NS5B蛋白可以被共同免疫沉淀,免疫荧光显示两者共定位于细胞质。同时,在蛋白质水平证明了猪瘟病毒Core蛋白可以增强NS5B蛋白的RNA聚合酶活性,并且该增强作用具有种属及模板特异性。另外,证实Core蛋白不需要前端的21个氨基酸发挥其增强NS5B的聚合酶活性的功能,但前端1-53个氨基酸对Core蛋白在细胞内的正常表达或对蛋白的稳定性起到重要作用。针对Core蛋白具有自我组装的功能,我们利用雀麦花叶病毒(BMV)的RNA进行了体外病毒样粒子的组装,并且成功获得了具有猪瘟病毒样形态的VLP(病毒样粒子)。3.首次获得了猪瘟病毒NS5B的蛋白晶体。软件预测分析猪瘟病毒NS5B蛋白的二级和三级结构,比对已经发表的牛病毒性腹泻病毒(BVDV)、丙型肝炎病毒(HCV)和西尼罗病毒(WNV)的NS5B蛋白三级结构,发现它们在结构上具有相似性。同时,利用质谱分析的方法确定了猪瘟病毒NS5B的稳定蛋白核体。综合预测和质谱分析结果,成功构建了多个带不同标签的NS5B全长及截短型表达载体,并且纯化得到了高纯度的NS5B蛋白。通过对200种不同结晶条件的筛选,最终确定猪瘟病毒NS5B蛋白的结晶条件,并且首次获得了晶形良好的NS5B晶体。4.猪瘟病毒的感染与增殖需要整合素β3,整合素β3与猪瘟病毒的增殖量成正相关关系。整合素β3作为一个膜结合受体蛋白,已被证实是多种病毒的膜受体或者共受体。功能性阻断或者干扰掉整合素β3之后,猪瘟病毒的增殖量明显降低。这些结果表明整合素β3在猪瘟病毒的感染和增殖中扮演着类似受体的功能,因此可用于抗病毒靶点研究。5.发现let7家族的microRNA在调控猪瘟病毒增殖的同时,也可以调控整合素β3,并且整合素β3在细胞中的变化也能影响到let7家族中某些作用于猪瘟病毒的microRNA的表达量。
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