ZMPSTE24抑制病毒感染的分子机制研究

Virus must penetrate the cell’s protective phospholipid bilayer to initate the infectious process. Many enveloped viruses utilize an endocytic route to enter the cytoplasmic compartment. Interferon inducible transmembrane proteins (IFITM) were shown to endocytic entry by a spectrum of viruses. However, how IFITM proteins inhibit viral entry remain enigmatic. This application propose that ZMPSET24 (ZMP) is a downstream of IFITM and broad-spectrum antiviral effector. Preliminary data suggest that type I interferon (IFN) induces IFITM proteins, which in turn recruit and retain ZMP on endosomes. Initial studies involving overexpression and genetic deficiency indicate ZMP has strong antiviral activity against different RNA and DNA viruses. Direct viral entry assays using viral-like particle suggest ZMP restricts viral endosomal entry. To understand how ZMP function and mechanism. This proposal will perform investigation as follow: 1, Characterizes and establishes ZMPSTE24 as an antiviral protein participating in the IFITM pathway. Critical residues involved in ZMP-IFITM interaction and antiviral function are identified. 2, Examines the antiviral requirement of ZMP in vivo using ZIKA, IAV and VSV models in zmpste24-/- mice, examines the antiviral requirement of ZMP in ZMP deficient human cells. 3, Examines the molecular mechanisms underlying ZMPSTE24 antiviral function, identifies antiviral function in the component of ZMP protein complex.

病毒感染细胞须先穿透磷脂双层膜结构，其中包膜病毒以膜融合方式进入细胞质。研究表明干扰素诱导跨膜蛋白（IFITM）可以阻断病毒通过胞吞进入细胞，但其具体机制尚不明确。我们发现膜蛋白ZMPSTE24（ZMP）是IFITM的主要效应分子，具有广谱抗病毒活性；干扰素诱导IFITM表达后，IFITM结合ZMP，使之定位内体；过表达和敲除实验证明ZMP抑制多种重要RNA和DNA病毒感染；类病毒实验也表明ZMP限制病毒由内体进入胞内。本项目拟研究ZMP与IFITM协同的分子机制，确认二者抗病毒功能的关系，鉴定其相互作用和抗病毒感染的重要位点；进一步通过ZMP敲除小鼠模型体内验证ZMP的抗病毒功能，利用CRISPR研究ZMP缺陷细胞的病毒感染特点；并通过蛋白质组学技术研究与ZMP作用的蛋白的抗病毒感染功能,阐述ZMP抗病毒感染的分子机制。

病毒启动其感染过程，需先穿透磷脂双层膜结构。包膜病毒通过溶酶体途径等膜融合的方式进入细胞质。宿主存在一些跨膜蛋白阻碍病毒在感染过程中进入胞内。干扰素诱导跨膜蛋白（IFITM）阻断RNA病毒通过溶酶体进入的感染途径，但是其抑制病毒的机制尚不明了。前期研究结果发现IFITM3的相互作用蛋白ZMPSTE24能抵御多种病毒的感染。本项目针对其分子机制展开研究，阐述了IFITMs-ZMPSTE24途径的基本特点。二者同样对多种病毒感染具有抑制功能，ZMPSTE24与不同的IFITM家族成员具有相互作用。其相互作用域缺失后，ZMPSTE24抗病毒功能消失，暗示该相互作用对于二者抗病毒功能具有重要作用；动物水平敲除ZMPSTE24后，增加流感病毒的易感性，导致动物致死增加；进化水平上，酵母ZMPSTE24不具有抗病毒功能，利用人-酵母嵌合体突变，确定了ZMPSTE24的抗病毒重要功能域，该功能域对于诱导宿主自噬具有重要意义；此外ZMPSTE24二聚化也影响其抗病毒功能；免疫荧光发现ZMPSTE24与内含体、溶酶体和自噬体标志物均有定位，暗示其可能参与小体成熟发挥其抗病毒功能。通过对其蛋白质复合物候选分子的功能筛选，鉴定了多个抗病毒候选分子，并阐述了DICER蛋白参与寨卡病毒感染复制和hnRNPAB蛋白调节流感病毒RNA聚合酶活性的分子机制。该项目的相关研究分析了不同宿主蛋白抵抗病毒感染特点，深入了解相关分子机制对于临床病毒疾病防治具有积极意义。在项目资助下，培养硕士研究生3名，发表SCI论文2篇，还有2篇SCI论文修回。