马显才/张辉团队合作揭示新冠病毒非结构蛋白NSP6促进病毒感染的分子机制

2024-02-07

新型冠状病毒（SARS-CoV-2）的出现引发了新冠肺炎（COVID-19）在全球范围的大流行，严重危害了人类生命安全。而含ACE2的外泌体（ACE2-exos）则能够中和病毒，抵抗多种层出不穷的新冠突变株，具有优良的抗病毒能力。研究表明SARS-CoV-2的入侵会触发宿主防御系统，使其产生大量ACE2-exos以抵御病毒感染。感染新冠后的病人外周血中循环ACE2-exos增加，并且COVID-19患者的肺泡灌洗液中ACE2-exos的数量也与其住院时间长短相关 (1)。课题组在前期研究中发现IFN-α/β能够上调ACE2-exos，从而抑制病毒感染，相关研究发表于Signal Transduction and Targeted Therapy (2)。然而，SARS-CoV-2编码的数个非结构蛋白和辅助因子能够调控宿主的免疫响应、破坏宿主稳态，从而阻断宿主防御、促进其入侵与复制。2024年02月02日，广州实验室马显才研究员联合广东省人民医院/中山大学张辉教授在mBio上发表了题为“NSP6 inhibits the production of ACE2-containing exosomes to promote SARS-CoV-2 infectivity”的原创性研究成果。该研究阐明了新冠病毒非结构蛋白NSP6对抗宿主外泌体防御、抑制ACE2-exos产生、促进病毒感染的机制，为开发治疗COVID-19的药物提供了有价值的新靶点。通过对新冠病毒编码蛋白的筛选，团队发现非结构蛋白NSP6能够显著下调外泌体形成的关键蛋白CD63，抑制ACE2-exos的产生。NSP6以剂量依赖的方式下调CD63的蛋白水平，并且NSP6与内源性和外源性CD63均有相互作用。CD63的敲除抑制了外泌体的产生和外泌体中ACE2的含量，而过表达CD63则可以增加外泌体的产生和外泌体中ACE2的含量。团队同时发现NSP6的过表达能够抑制外泌体分泌，降低外泌体上ACE2的水平。通过假病毒感染实验，该研究进一步发现过表达NSP6能够促进新冠假病毒粒子对HEK293T-hACE2和A549-hACE2细胞的感染性，过表达CD63能够显著抑制新冠假病毒对HEK293T-hACE2和A549-hACE2细胞的感染性（图1）。图1. NSP6抑制ACE2-exos的产生为了阐明NSP6如何下调CD63、影响ACE2-exos分泌，作者进行了CoIP-MS实验，最终筛选鉴定出PSMD12是参与NSP6对CD63调控的关键蛋白。PSMD12是26S蛋白酶体的组分之一，通过调节蛋白质的泛素化水平，在维持蛋白稳态方面发挥着至关重要的作用。该研究发现PSMD12与CD63相互作用，抑制CD63的泛素化水平。NSP6使CD63的泛素化增强，并且能够抑制PSMD12对CD63的去泛素化。PSMD12对CD63的调控涉及K48和K63连接的泛素化类型。K48连接的泛素化主要与蛋白酶体降解相关，K63连接的泛素化主要调控蛋白功能。该研究猜测NSP6与PSMD12结合，使其去泛素化酶活性受到限制，从而使PSMD12对CD63的去泛素化受到抑制，CD63的泛素化增强，促进其降解（图2）。图2. NSP6促进CD63的泛素化为了进一步验证NSP6在ACE2-exos阻断病毒感染中的角色，该研究还应用了课题组前期研究中设计的生物安全性高、灵敏度高的复制子系统 (3)。研究发现，缺失NSP6表达的复制子系统显著增强了ACE2-exos对新冠假病毒感染的阻断作用，抑制了病毒的感染。而回补NSP6则促进了新冠假病毒的感染（图3）。图3. NSP6缺失的复制子系统解除了对ACE2-exos的抑制作用总的来说，该研究发现了新冠病毒非结构蛋白NSP6负向调控ACE2-exos介导的阻断病毒感染，抑制ACE2-exos产生，从而促进病毒感染旁观者细胞(Bystander cell)（图4）。这为研制靶向冠状病毒感染与复制的干预手段提供了新的病毒蛋白作用靶点。图4. NSP6抑制ACE2-exos促进病毒感染的模式图广州实验室马显才研究员（华南理工大学联培导师）和中山大学张辉教授为该论文的共同通讯作者，广东省人民医院/华南理工大学医学院博士研究生吕茜为该论文的第一作者。参考文献：1. Lamiaa El-Shennawy et al. Circulating ACE2-expressing extracellular vesicles block broad strains of SARS-CoV-2. Nat Commun 13(1):405 (2022).2. Junsong Zhang et al. The interferon-stimulated exosomal hACE2 potently inhibits SARS-CoV-2 replication through competitively blocking the virus entry. Signal Transduct Target Ther 6(1):189 (2021).3. Yuewen Luo et al. Engineering a Reliable and Convenient SARS-CoV-2 Replicon System for Analysis of Viral RNA Synthesis and Screening of Antiviral Inhibitors. mBio 12(1):e02754-20 (2021).识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。