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非结构蛋白NS5抑制宿主STAT2的表达的结构基础

已有 550 次阅读 2020-9-17 09:51 |个人分类:读后感|系统分类:论文交流| 非结构蛋白, NS5, 宿主STAT2

 

非结构蛋白NS5抑制宿主STAT2的表达的结构基础

本文为读后感,原文见文后,读后感作者:侯彭姣

机体抵御病毒的感染主要依赖的机体本身的免疫系统。I型干扰素(IFN)介导的先天性免疫反应是宿主抵御病毒感染的第一道防线。诱导I型干扰素信号需要激活STAT2,STAT2可以触发数百个IFN刺激基因(ISGs)的表达来抑制感染……因此,病毒必须抑制由STAT2触发的IFN反应的激活才能获得成功的感染。

 

为了建立病毒感染,病毒已经进化出多种STAT2抑制方案,其中比较突出的是黄热病毒属的登革热和寨卡病毒,它们通过使用各自的NS5去抑制hSTAT2介导的干扰素免疫应答,从而促进病毒的感染。

STAT 属于核内转录因子。在静息细胞中,STAT存在于胞质中。被激活后,形成二聚体进入细胞核,参与调控基因表达。STAT2是STAT家族的一员,包含一个N端结构域(ND)、一个卷曲螺旋结构域(CCD)、一个DNA结合域(DBD)、一个接头结构域(LD)、一个SRC同源2(SH2)结构域、一个含有尾段的酪氨酸磷酸化(pY)位点和一个转录激活域(TAD);其中CCD在与其他分子的相互作用中起关键作用。

该研究通过晶体学和冷冻电镜的方法,解析了ZIKV病毒NS5和hSTAT2之间的相互作用关系,并揭示这些相互作用与hSTAT2-IRF9结合竞争,对hSTAT2的降解、抑制I型干扰素反应和有效的病毒感染至关重要。同时,通过对DENV NS5-hSTAT2进行EM和细胞分析,发现DENV NS5-hSTAT2的相互作用方式与ZIKV NS5相似,从而揭示这两种黄病毒中存在一种保守的hSTAT2-NS5参与机制。

作者首先通过共结晶的方法得到了ZiKV NS5 –rdrp domain 与人STAT2蛋白的复合物晶体结构。发现两者之间的相互作用主要依赖STAT2的CCD结构域。并利用冷冻电镜获得了ZIKA NS5全长蛋白和人的STAT2的复合物电晶结构,结合两个复合物的结构,作者发现两者之间的相互作用主要依赖STAT2的CCD结构域,该结构域正好可以嵌入NS5的Mtase和RdRp两个结构域形成的凹槽中。通过对NS5与hSTAT2相互作用界面分析并确定了影响两个蛋白相互作用的关键氨基酸:并设计了一系列的突变实验进行验证。

其中,CoIP的结果显示,hSTAT中的F175A和R176A突变显著降低了hSTAT2与NS5的结合,同样,对ZIKV病毒NS5进行突变也大大减弱了NS5-hSTAT2的结合

为了评估ZIKV NS5-hSTAT2相互作用对ZIKV NS5细胞定位的影响。作者进行了免疫荧光实验,与之前的研究结果一致,当同时过表达NS5和STAT2蛋白,两者主要共定位在细胞质中;但当引入突变后,发现60-80%的突变NS5停留在细胞核中,而STAT2呆在细胞质中。这些结果表明,ZIKV NS5-hSTAT2相互作用是ZIKV NS5和hSTAT2细胞质共定位的基础。

STAT1,2和IRF9可在细胞中形成ISGF3复合物,进一步诱导下游ISG因子的产生。之前的研究结果表明,STAT2和IRF9之间的相互作用也由STAT2 CCD介导的,他们之间的作用界面与NS5和STAT2之间的作用界面非常相似。因此,作者猜想NS5和IRF9是否会竞争性结合STAT2。通过一系列的IP实验,发现当不断的升高NS5的表达,IRF9和STAT2之间的相互作用会逐渐减弱,同样,不断提高IRF9的表达也会削弱NS5和STAT2之间的相互作用,且,当把STAT2上影响相互作用的的核心氨基酸突变后,STAT2和IRF9之间的相互作用也消失了。。说明NS5和IRF9之间竞争性结合STAT2,从而影响形成ISGF3复合物的形成,进而影响机体对抗病毒的免疫应答。

研究进一步评估ZIKV NS5-hSTAT2相互作用对hSTAT2稳定性和细胞内相关I型干扰素反应的影响。野生型ZIKV NS5在293T细胞中的表达导致内源性hSTAT2蛋白水平的剂量依赖性降低。同时,在干扰素处理的293T细胞中,野生型ZIKV NS5的表达,导致I型干扰素反应中相关因子ISG54和OAS-1表达的剂量依赖性降低。

研究者同时还解析了DENV NS5s 与STAT2蛋白复合物的电镜结构,发现并验证了在登革热病毒感染中也存在类似的抵御宿主的机制。

该研究解析了hSTAT2与ZIKV和DENV的NS5蛋白复合物的晶体结构和冷冻电镜结构并解释了以下结论。第一,NS5的甲基转移酶结构域和RdRP结构域形成一个保守的结构域裂口,隐藏了hSTAT2的coiled-coil结构域,从而抑制了hSTAT2与IRF9的结合;第二,ZIKV NS5-hSTAT2相互作用,介导了hSTAT2的降解和抑制I型干扰素的产生。从而打败宿主的防御机制建立成功感染。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41594-020-0472-y



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