PNAS | 揭示皰疹病毒抑制宿主mRNA出核轉運的分子機制

2020-10-16 15:32:14 1284 views
摘要

近日,中科院生物物理所高璞課題組和鄧紅雨課題組合作在PNAS上發表題為Molecular mechanism underlying selective inhibition of mRNA nuclear export by herpesvirus protein ORF10的研究工作,該研究綜合運

責編 | 酶美


病毒在與宿主長期的博弈過程中,進化出了多種機制來對抗和逃避宿主的抗病毒反應。其中,通過干預宿主的mRNA出核轉運過程,進而阻止宿主細胞建立合適的抗病毒環境,是其中的一個重要策略。比如,甲型流感病毒NS1蛋白和水皰性口炎病毒的M蛋白均被發現可以廣譜抑制宿主mRNA出核轉運。2016年的一項研究發現,γ皰疹病毒(如卡波西肉瘤相關病毒KSHV和鼠γ皰疹病毒MHV68)編碼的ORF10蛋白,可以通過與宿主mRNA轉運複合物Rae1-Nup98相互作用,特異性抑制部分宿主mRNA的出核轉運。值得一提的是,ORF10是皰疹病毒中第一個被發現可以抑制宿主mRNA出核轉運的毒力蛋白,也是目前報道的第一個能選擇性抑制特定mRNA轉運的病毒蛋白。然而,ORF10與Rae1-Nup98複合物互作的結構基礎,以及ORF10發揮抑制功能的分子機制,目前仍不清楚。


近日,中科院生物物理所高璞課題組和鄧紅雨課題組合作在PNAS上發表題為Molecular mechanism underlying selective inhibition of mRNA nuclear export by herpesvirus protein ORF10的研究工作,該研究綜合運用生物化學、結構生物學及細胞生物學手段,解析了γ皰疹病毒ORF10與宿主mRNA轉運複合物Rae1-Nup98的互作細節,確認了ORF10的RNA結合能力及其重要功能,並揭示了ORF10選擇性抑制mRNA出核轉運的作用機理。


PNAS | 揭示皰疹病毒抑制宿主mRNA出核轉運的分子機制


研究人員利用昆蟲細胞表達系統,製備了狀態良好的ORF10-Rae1-Nup98三元複合物樣品,並成功解析了該複合物2.5Å解析度的晶體結構。結構分析發現,ORF10與Rae1-Nup98複合物存在兩個主要的互作界面。在這兩個互作界面中,ORF10兩個高度保守的氨基酸L60和M413貢獻了重要的疏水相互作用。通過Co-IP、體外Pull-down、GFP報告基因的表達測定、GFP-mRNA的核質分布測定、RNA FISH成像等多種生化細胞實驗, 研究人員明確了L60和M413對維持ORF10與Rae1-Nup98的相互作用、以及對維持ORF10的mRNA出核轉運抑制功能都至關重要。


PNAS | 揭示皰疹病毒抑制宿主mRNA出核轉運的分子機制

ORF10-Rae1-Nup98複合物結構、互作細節、及突變體對GFP報告基因表達的影響


有意思的是,雖然ORF10佔據了Rae1-Nup98複合物自身的RNA結合口袋,但是ORF10-Rae1-Nup98三元複合物卻依然保持著足夠強的RNA結合能力。研究人員推測ORF10本身可能也具備與RNA的直接結合能力。的確,後續生化實驗證實了ORF10可以直接結合RNA。通過對ORF10表面的正電荷聚集區進行系統突變,確定了其結合RNA的位點,並發現ORF10與RNA的互作對其發揮抑制mRNA出核轉運的功能非常關鍵。


PNAS | 揭示皰疹病毒抑制宿主mRNA出核轉運的分子機制

ORF10表面電荷分布,以及突變體對GFP報告基因表達的影響


綜上,作者解析了γ皰疹病毒ORF10蛋白與宿主mRNA出核轉運複合物Rae1-Nup98的三元複合物結構,明確了兩個重要的病毒-宿主互作界面及關鍵氨基酸,發現了ORF10直接結合RNA的能力及其對抑制宿主功能的重要性。另外,此項工作還意外發現,完全不同的病毒蛋白(如γ皰疹病毒的ORF10蛋白和水皰性口炎病毒的M蛋白)都可以結合到Rae1-Nup98的RNA結合口袋,這提示了該位點的重要性,也為設計新的抗病毒療法提供了思路。


據悉,高璞研究員和鄧紅雨研究員為本文的共同通訊作者。高璞組的副研究員馮菡和鄧紅雨組的助理研究員田華彬為共同第一作者。


原文鏈接:

https://www.pnas.org/content/early/2020/10/07/2007774117


製版人:十一

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