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蛋白质组学在病毒入侵宿主中的研究

发布:赛默飞世尔科技(中国)有限公司
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2020年初,一场突如其来的疫情打乱了大家的生活节奏。截止编者发稿时,我国确诊人数已经达到31248例,死亡637例,治愈1624例。面对来势汹涌的疫情,全国上下正在积聚力量,全力战胜新型高致病性冠状病毒(2019-nCoV)。医护人员、解放军战士、志愿者们纷纷奔赴武汉,与疫魔竞速,守卫着国民的生命安全,致敬最美逆行者!


同时疫情研究者一样没有停下自己的脚步,特别是在分子水平,我们调研了基于Or-bitrap超高分辨的蛋白质组学和结构组学技术在病毒学研究中的应用,谨以此文致敬白衣天使和深耕医学研究的学者

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Orbitrap技术促进病毒机理研究 ●

病毒与宿主共同进化,获得捕获和操纵宿主细胞过程进行复制的机制传播。同样,宿主细胞会通过部署防御机制或通过适应感染环境。在整个感染过程中,细胞严重依赖于时空调控的病毒-宿主蛋白-蛋白相互作用的形成。


蛋白质组学方法与病毒学的结合促进了对病毒复制、抗病毒宿主反应和病毒对宿主防御的颠覆机制的深入研究。而Orbitrap技术依靠其高灵敏度、高精度,高通量等特性在该方面表现出色。


案例一:Orbitrap技术深度挖掘病毒-宿主蛋白质相互作用

2019年Viruses杂志上发表了基于组学技术研究宿主变化的综述,质谱技术中基于亲和纯化分离蛋白质复合物随后进行MS分析(AP-MS)的方法可以用于分离病毒-病毒和病毒-宿主多蛋白复合物,可识别间接和直接的蛋白质相互作用,提供相互作用事件的瞬时信息,或跟踪单个病毒基因产物的过表达,以深入了解单个蛋白质的功能;表达蛋白质组学技术(定量蛋白质组学和翻译后修饰组学)可以研究病毒蛋白的组成,宿主在病毒入侵过程中蛋白质和翻译后修饰的动态变化。(Viruses 2019, 11, 878; doi:10.3390/v11090878)


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Viruses 2019, 11, 878; doi:10.3390/v11090878

迄今为止,基于蛋白质组学方法的进展已经为识别数量惊人的病毒-宿主蛋白关联铺平了道路,科学家基于这些数据构建了包含了5000多种病毒成分和宿主细胞之间的非冗余蛋白相互作用数据库。这些有价值的信息库包括相互作用蛋白数据库、

VirHostNet(http://virhostnet.prabi.fr/)、VirusMentha(Nucleic Acids Res. 2015; 43(D1):D588–D592)、IntAct-MINT(Nucleic Acids Res. 2015; 43(D1):D583–D587)和Uniprot

案例二:Orbitrap技术揭示新型塞卡病毒宿主因子

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Pietro, Scaturro, Alexey, et al. Nature, 2018

寨卡病毒(ZIKV)最近成为全球健康问题,由于它的广泛传播和与严重的联系新生儿神经症状和小头症。然而,与致病性相关的分子机制关于ZIKV的大部分仍然未知。


技术路线:利用赛默飞 LTQ-Orbitrap和Orbitrap Q Exactive HF质谱进行全蛋白质组学和修饰蛋白质组学(实验路线见下图a),研究对象为神经细胞系SK-N-BE2和NPC细胞,表征细胞对病毒的反应,在蛋白质组和磷酸化蛋白质组水平上的变化,利用亲和蛋白组学方法鉴定ZIKV蛋白的细胞靶点。使用这种方法,找到了386个与zikv相互作用的蛋白质,导致宿主在神经发育受损,视网膜缺陷和不孕。此外,确定了寨卡病毒感染后1216个磷酸化位点存在上调或下调,来自AKT, MAPK-ERK和ATM-ATR信号通路中,为防范ZIKV感染扩散提供机制基础。在功能上,系统地理解了ZIKV诱导后的宿主的蛋白质和细胞通路水平的扰动,并对感染后细胞施加Rock抑制剂药物干预,利用非标定量蛋白质组学方法分析差异蛋白进行验证(下图热图),补充这一空白。

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技术路线图

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案例三:Orbitrap技术深入探寻寨卡病毒病毒与宿主的相互作用

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Etienne Coyaud, et al.  Molecular & Cellular Proteomics,2018,

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技术路线


技术路线:本文利用生物素识别以及IPMS亲和纯化结合MS 方法,研究寨卡病毒侵染后病毒与宿主细胞蛋白质的相互作用(技术路线见上图),实验结果揭示了1224个蛋白3033多肽形成的相互作用网络(见下图a)。相互作用包括多肽加工和质量控制、囊泡方面的作用运输,RNA处理和脂质代谢。40%的 作用都是以新报道的相互作用。通过数据挖掘分析,揭示过氧化物酶体在ZIKV感染中的关键作用。

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病毒宿主蛋白相互作用网络图


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