Nature子刊 | 中山大学张萍/刘超/杨超发现核膜蛋白SUN2 通过调节NS1介导的细胞骨架重组促进黄病毒的复制

导读

细胞骨架被黄病毒广泛募集用于感染。

2023年1月5日，中山大学张萍、刘超及杨超共同通讯在Nature Communications发表题为“Nuclear membrane protein SUN2 promotes replication of flaviviruses through modulating cytoskeleton reorganization mediated by NS1”的研究论文，该研究发现了一种连接细胞骨架和核骨架的核膜蛋白SAD1/UNC84域蛋白2 (SUN2)在黄病毒复制中的重要作用。CRISPR/Cas9 介导的SUN2敲除，而非SUN1，显著降低寨卡病毒（ZIKV）、登革病毒 （DENV） 和日本脑炎病毒（JEV）的复制。相比之下，SUN2不影响非黄病毒科RNA病毒的感染。SUN2 的所有三个区域都是其前病毒作用所必需的。

从机制上讲，SUN2促进病毒感染诱导的细胞骨架重排和复制细胞器的形成，从而促进病毒RNA的合成。细胞骨架肌动蛋白和ZIKV非结构蛋白1 (NS1)之间的相互作用需要SUN2。显性负性Nesprin-1和Nesprin-2(连接SUN2和细胞骨架蛋白)的表达减轻了肌动蛋白和NS1之间的相互作用，并降低了病毒复制水平。在新生小鼠感染模型中，SUN2敲除显著减轻了ZIKV在体内的复制和神经病理学的发展。本研究阐明了黄病毒对细胞骨架蛋白的募集是由核膜蛋白SUN2和Nesprins协调的，为核膜蛋白与黄病毒感染之间的联系提供了证据。

黄病毒是一类正链RNA病毒，包括黄热病病毒（YFV）、登革病毒（DENV）、寨卡病毒（ZIKV）等。黄病毒通常通过节肢动物媒介传播，感染黄病毒可能导致人类患上严重疾病，对全球公共卫生构成严重威胁。到目前为止，还没有特定的疗法可用于治疗由黄病毒引起的疾病。

黄病毒基因组RNA在内质网（ER）膜上编码一种多蛋白，该多蛋白被切割成三种结构蛋白（衣壳、prM 和包膜）和七种非结构蛋白（NS1、NS2A、NS2B、NS3、NS4A、NS4B 和 NS5）。一组病毒NS蛋白，如 NS1、NS2A、NS4A和NS4B，负责诱导大规模内质网膜重塑和内陷，产生称为复制细胞器（RO）的细胞器样区室。RO不仅可以作为病毒基因组RNA合成的位点，还有助于隔离新合成的病毒dsRNA，从而避免先天免疫激活。为了诱导内质网膜弯曲和ROs形成，病毒蛋白密切相互作用并募集各种细胞骨架蛋白。在感染黄病毒后，肌动蛋白细胞骨架网络会动态重组，微管和中间细丝被重新排列，在RO周围形成笼状结构或在细胞核附近聚集。细胞骨架的移动是黄病毒复制中必不可少的一步，因为用细胞骨架抑制剂治疗可有效消除RO的形成和黄病毒的感染。

在细胞骨架系统中，细胞质骨架通过位于核膜（NE）上的称为核骨架和细胞骨架接头 （LINC） 的结构与核骨架相连。LINC由核内膜 （INM）上的 SAD1/UNC84 结构域 （SUN） 蛋白和核外膜（ONM）上的核膜收缩蛋白重复蛋白(Nesprins)组成。SUN蛋白是LINC复合物的核心成分，包括人类的五个成员：SUN1、SUN2 和 SUN3-5。SUN1和SUN2在各种组织和器官中广泛表达，而 SUN3-5在有限数量的组织中表达。

Nesprin 家族包括四个成员。Nesprin-1和nesprin-2通过其N末端结构域直接与肌动蛋白结合，而Nesprin-3和Nesprin-4缺乏calponin同源结构域，因此分别通过凝血素和驱动蛋白-1与细胞骨架结合。与Nesprins偶联连接细胞骨架和核骨架系统，并在机械转导功能和细胞信号传导中发挥重要作用。迄今为止，据报道，SUNs可调节两种核复制病毒的感染，即人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)和单纯疱疹病毒。然而，SUN是否参与了细胞质复制病毒(尤其是RNA病毒)的感染尚不清楚。

为了研究两种广泛表达的SUNs（SUN1和SUN2）在黄病毒复制中的作用，研究通过CRISPR/Cas9基因编辑生成了SUN敲除细胞克隆和小鼠。研究发现SUN2而不是SUN1促进了黄病毒的复制。SUN2通过调节细胞骨架的重排和RO的形成在病毒RNA复制步骤中起作用。研究进一步发现，SUN2和Nesprins是ZIKV NS1募集细胞骨架肌动蛋白所必需的。在新生小鼠模型中，SUN2敲除导致ZIKV感染诱导的体内病毒复制水平和神经发病机制的严重程度显着降低。

SUN2促进黄病毒感染机制的模型（图源自Nature Communications ）

综上所述，研究提出SUN2与Nesprins通过调节NS1-肌动蛋白介导的细胞骨架重塑和ROs的形成来促进黄病毒RNA的合成。显然，SUN2促进黄病毒复制的机制不同于其在核复制病毒中的作用机制，后者主要充当“看门人”来调节HIV和HSV。这些发现为包括SUN2和Nesprins在内的LINC蛋白在黄病毒感染中的潜在机制提供了重要的见解，为治疗药物的设计揭示了潜在的抗病毒靶点。

参考消息：

https://doi.org/10.1038/s41467-023-44580-6

本文转载自生物岛

转自：“比臣科研”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！