应激颗粒对新城疫病毒复制与先天性免疫的调控机制研究

Newcastle disease virus (NDV) is one of the most important pathogens which do a great harm to world poultry industry. Moreover, NDV is a specific oncolytic virus. Stress granule (SG) plays an important role in resisting virus infection. To explore the role of SG in NDV infection and regulation mechanisms of innate immunity pathway, this project conducts the following studies. (1) HeLa and DF-1 cells are infected with NDV and stained with SG specific marker to test SG formation. The pathway involved in SG formation induced by NDV infection is then identified. (2) The main virus structure proteins involved in SG formation is investigated by the interaction assay between virus protein and SG associated protein. Reverse genetics system is used for further identification. (3) The replication ability of NDV and RIG-I mediated IFN-I signaling pathway are tested after blockage of SG by siRNA or pharmacological treatments. These results reveal the mechanism of how SG modulates NDV infection and innate immunity. This project will enhance the knowledge of NDV-cell interaction, benefiting to discovery of new antiviral target and tumor treatment in a safe and efficient way. In another way, this project also offers insight into how SG modulate innate immunity after infection of other viruses.

新城疫病毒（NDV）是危害全球养禽业最主要的病原之一，也是一种特异性的溶瘤病毒，应激颗粒（SG）在宿主细胞抵御病毒感染时发挥重要的作用，为了探明SG在NDV感染宿主细胞过程中有何作用，以及NDV感染后SG对先天性免疫通路的调控机制，本项目拟进行以下研究：（1）以NDV感染HeLa和DF-1细胞后，检测NDV通过何种通路诱导SG形成；（2）通过病毒蛋白和SG相关蛋白互作实验结合感染性克隆检测参与SG形成的主要病毒蛋白；（3）以RNA干扰等手段对SG进行阻断后，检测NDV的复制水平以及先天性免疫通路激活情况。研究结果对揭示SG对NDV复制与先天性免疫的调控机制具有重要意义，将增进NDV与宿主细胞互作的认识，有利于发现新的抗病毒靶点，为更安全有效的肿瘤治疗奠定理论基础，另一方面，也为其他病毒感染细胞后SG在先天性免疫中的调控作用提供借鉴。

作为对养禽类危害重大的病毒，新城疫病毒（NDV）能够特异性在禽细胞和肿瘤细胞中复制，但在正常细胞中不能有效复制，深入揭示NDV复制机理对抗病毒和抗肿瘤疗法都具有重要意义。应激颗粒（SG）是细胞应对外界应激产生的致密的颗粒状结构，目的是通过RNA结合蛋白结合mRNA暂时关闭细胞蛋白翻译以度过危险期。SG仅对少数几种病毒呈现正调控作用，但其中的具体机制尚不清楚，该研究首次对SG如何促进病毒复制进行机制解析。首先，证实NDV感染能够诱导稳定SG形成，NDV感染后其核蛋白（NP）与SG有共定位现象。NDV感染通过PKR-eIF2α通路诱导SG形成，同时病毒感染能够抑制宿主细胞总蛋白的翻译。通过将SG形成关键蛋白TIA-1和G3BP1干扰之后能够观察到总蛋白翻译水平的抑制得到缓解，同时病毒复制受到抑制。最后，NDV感染诱导的SG中有大量宿主mRNA，相比较之下，仅有少部分病毒mRNA被招募至SG中，大部分位于SG外。SG关键蛋白的敲减使多核糖体中病毒NP mRNA含量减少。基于以上结果提出以下假说：NDV感染细胞后通过PKR-eIF2α通路抑制总蛋白翻译，诱导SG形成，SG特异性招募宿主mRNA，而病毒mRNA则以某种未知机制逃逸出SG包裹。阻断SG之后导致其中宿主mRNA释放进入多核糖体，竞争性导致病毒mRNA翻译水平降低，这就解释了SG作为一种细胞的保护性机制，病毒如何利用其促进自身复制。.NDV主要感染禽类，因此本项目使用鸡成纤维细胞为对象，研究SG形成关键蛋白TIA-1和G3BP1的功能。结果表明：外源表达cTIA-1和cG3BP1均能诱导SG形成，在热休克处理的鸡组织中能检测到典型的SG点状荧光。NDV感染后能够观察到cTIA-1，cG3BP1呈现点状聚集。进一步对cTIA-1和cG3BP各区域进行分段检测，结果显示，cTIA-1的PRD结构域和cG3BP1的RNA结合结构域对SG形成至关重要。cG3BP1的RNA结合结构域介导SG形成。这些结果证实了鸡TIA-1和G3BP1在SG形成过程中发挥重要作用。.最后，我们在NDV感染后的细胞中观察到多种先天性免疫分子被招募至SG中，例如RIG-I，TRAF，DDX等，其中有些分子在NDV感染过程中被降解，我们推测这些免疫分子被招募至SG后由细胞自噬介导降解。