PLOS Pathogens |?復(fù)旦張榮團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)GPI合成途徑通過(guò)調(diào)控LY6E抑制多種冠狀病毒入侵

冠狀病毒是一類(lèi)具有囊膜的單股正鏈RNA病毒，可分為α、β、γ和δ四個(gè)屬，能夠感染人類(lèi)和多種動(dòng)物。雖然部分冠狀病毒僅引起輕微呼吸道癥狀，但SARS-CoV、MERS-CoV和SARS-CoV-2等高致病性病毒可導(dǎo)致嚴(yán)重呼吸系統(tǒng)疾病，對(duì)全球公共衛(wèi)生構(gòu)成持續(xù)威脅。冠狀病毒的感染周期依賴于病毒與宿主間的復(fù)雜相互作用。宿主通過(guò)進(jìn)化形成包括限制因子在內(nèi)的多層次防御系統(tǒng)，這些因子通過(guò)靶向病毒生命周期關(guān)鍵環(huán)節(jié)發(fā)揮抗病毒作用。然而，相較于大量已知的宿主易感性因子，宿主限制因子的作用機(jī)制研究仍不夠系統(tǒng)。

近日，復(fù)旦大學(xué)醫(yī)學(xué)分子病毒學(xué)教育部/衛(wèi)健委/醫(yī)科院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、上海市重大傳染病和生物安全研究院兼聘PI張榮團(tuán)隊(duì)在微生物學(xué)專(zhuān)業(yè)期刊PLOS Pathogens上發(fā)表題為“Glycosylphosphatidylinositol biosynthesis functions as a conserved host defense pathway against coronaviruses via regulation of LY6E”的研究論文。該研究通過(guò)全基因組CRISPR/Cas9敲除篩選，結(jié)合多種冠狀病毒感染模型，首次鑒定發(fā)現(xiàn)糖基磷脂酰肌醇（GPI）生物合成通路是一種廣譜抗冠狀病毒的宿主防御機(jī)制，并通過(guò)后續(xù)功能驗(yàn)證和機(jī)制探究，明確其通過(guò)調(diào)控下游關(guān)鍵效應(yīng)分子LY6E的表達(dá)與功能，有效抑制病毒入侵細(xì)胞。

研究人員在A549-ACE2和HeLa細(xì)胞上構(gòu)建了靶向人類(lèi)所有編碼基因的CRISPR敲除細(xì)胞文庫(kù)，分別感染Beta屬冠狀病毒SARS-CoV-2、HCoV-OC43以及Alpha屬冠狀病毒PEDV。篩選結(jié)果顯示，除了已知的冠狀病毒限制性因子DAZAP2、PLSCR1、LY6E等外，GPI生物合成通路中的多個(gè)基因（如PIGA、PIGV、GPAA1等)在不同的篩選中均被顯著富集，提示其可能具有抗病毒功能。

圖1. CRISPR篩選鑒定出GPI生物合成通路是多種冠狀病毒感染的限制性因子

研究人員選擇了GPI通路中的三個(gè)關(guān)鍵基因（PIGA、PIGV、GPAA1）進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí),敲除這些基因會(huì)顯著增強(qiáng)多種冠狀病毒的感染效率。機(jī)制研究表明，GPI生物合成通路主要通過(guò)影響病毒的入胞階段發(fā)揮作用。該通路缺失會(huì)顯著增強(qiáng)冠狀病毒Spike蛋白介導(dǎo)的膜融合過(guò)程，促進(jìn)了病毒與內(nèi)體膜及質(zhì)膜的融合進(jìn)入細(xì)胞。

GPI生物合成通路通過(guò)將其合成的GPI錨定結(jié)構(gòu)共價(jià)連接至特定蛋白，調(diào)控其亞細(xì)胞定位及功能。為尋找關(guān)鍵的下游抗病毒效應(yīng)分子，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了靶向193個(gè)已知或預(yù)測(cè)的GPI錨定蛋白的聚焦型CRISPR敲除細(xì)胞文庫(kù)，利用四種冠狀病毒感染模型進(jìn)行篩選。結(jié)果顯示，LY6E在所有篩選中均位列第一。進(jìn)一步驗(yàn)證表明，GPI生物合成通路缺失導(dǎo)致下游效應(yīng)分子LY6E無(wú)法錨定于細(xì)胞膜，其蛋白穩(wěn)定性與抗病毒功能幾乎完全喪失。

圖2. 聚焦型CRISPR篩選證實(shí)LY6E是關(guān)鍵的GPI生物合成通路下游抗病毒效應(yīng)分子

綜上，該研究鑒定發(fā)現(xiàn)了GPI生物合成通路是一種廣譜抗冠狀病毒的宿主防御機(jī)制，明確其通過(guò)調(diào)控下游的核心效應(yīng)分子LY6E來(lái)抑制Spike蛋白介導(dǎo)的膜融合過(guò)程，從而抑制病毒入胞。該研究深化了對(duì)病毒-宿主相互作用的理解，也為尋找廣譜抗冠狀病毒潛在靶點(diǎn)提供了新思路。

圖3. GPI生物合成途徑抑制冠狀病毒感染的分子機(jī)制模式圖

原文鏈接：https://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1013441