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科研进展

科研进展
动物冠状病毒研究团队在病毒复制机制研究中取得新进展
发布人:发布时间:2021-12-07

 核心提示: 近日,我校农业微生物学国家重点实验室彭贵青教授团队和赵书红教授团队合作在冠状病毒复制所需的关键宿主因子TMEM41B的研究成果以题为“Genome-scale CRISPR screen identifies TMEM41B as a multi-function host factor required for coronavirus replication”发表于国际期刊PLOS Pathogens。

 南湖新闻网讯(通讯员 孙丽蒙)近日,华中农业大学彭贵青教授团队和赵书红教授团队合作,鉴定出冠状病毒复制所需的关键宿主因子TMEM41B并阐明了其分子机制,为动物冠状病毒的药物研发和抗病育种提供新的靶标。

 冠状病毒“利用”和“劫持”宿主因子来调节细胞内环境,并在细胞内修建一个病毒复制的“老巢”(双层囊泡DMVs)来实现高效复制。然而参与冠状病毒感染的关键宿主因子仍尚未完全被阐明。该研究利用全基因组CRISPR/Cas9敲除文库技术,以α-冠状病毒TGEV为筛选模型,通过对筛选过程中存活的细胞进行高通量测序分析,最终鉴定到了一批参与TGEV复制的关键宿主因子。这些新发现的宿主因子,不仅丰富了病毒与宿主互作的调控网络,深化了对冠状病毒复制周期的理解,而且为宿主靶向抗病毒药物研发提供了新靶标,以及为农业动物抗病育种提供了理论支撑。

 研究发现TMEM41B作为关键宿主因子参与多种冠状病毒(TGEV,MHV和PDCoV)复制。细胞中敲除TMEM41B后,不仅能抑制病毒内化,而且还可抑制病毒早期复制。透射电子显微镜成像分析发现,病毒在TMEM41B敲除细胞中修建复制“老巢”的能力严重受损。特别是,利用SARS-CoV-2非结构蛋白诱导的病毒复制细胞器模型发现,TMEM41B敲除细胞中的内质网由于无法产生足够的形变,使得病毒蛋白难以诱导产生正常的双层囊泡DMVs。这些研究表明TMEM41B在冠状病毒复制“老巢”DMVs形成的过程中发挥了至关重要的作用。

TMEM41B参与病毒复制双层囊泡形成的机制模式图

 进一步通过利用CRISPR/Cas9技术构建的基因敲除小鼠模型,评估了TMEM41B敲除与冠状病毒感染致病性的相关性。发现该基因杂合敲除小鼠(TMEM41B+/-)可以显著抑制机体感染冠状病毒(MHV),并能显著延缓病毒感染的病程。与野生型小鼠肝脏相比,TMEM41B+/-小鼠肝脏中的病毒滴度显著降低,表明TMEM41B不仅是冠状病毒在小鼠体内感染增殖的关键基因,而且也是介导病毒感染致病的重要宿主因子。

 该研究利用全基因组CRISPR/Cas9敲除技术,筛选并重点鉴定到参与冠状病毒复制的关键宿主因子TMEM41B,系统研究了该基因在冠状病毒复制中的分子机制。动物个体水平实验首次揭示TMEM41B参与介导冠状病毒感染发病进程,提示TMEM41B将会是一种非常具有应用前景的广谱抗冠状病毒治疗靶点与抗病育种新靶标。

 华中农业大学动科动医学院博士研究生孙丽蒙和博士后赵长志为该论文的共同第一作者,华中农业大学彭贵青教授和谢胜松副教授为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划项目等项目资助。

 审核人:彭贵青

 【英文摘要】

 Emerging coronaviruses (CoVs) pose a severe threat to human and animal health worldwide. To identify host factors required for CoV infection, we used α-CoV transmissible gastroenteritis virus (TGEV) as a model for genome-scale CRISPR knockout (KO) screening. Transmembrane protein 41B (TMEM41B) was found to be a bona fide host factor involved in infection by CoV and three additional virus families. We found that TMEM41B is critical for the internalization and early-stage replication of TGEV. Notably, our results also showed that cells lacking TMEM41B are unable to form the double-membrane vesicles necessary for TGEV replication, indicating that TMEM41B contributes to the formation of CoV replication organelles. Lastly, our data from a mouse infection model showed that the KO of this factor can strongly inhibit viral infection and delay the progression of a CoV disease. Our study revealed that targeting TMEM41B is a highly promising approach for the development of broad-spectrum anti-viral therapeutics.

论文链接:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34871328/