研究杆状病毒Ac34蛋白抑制哺乳动物CRM1出核途径的机制

As an important nuclear export protein in eukaryotes, CRM1 mediates cross-nuclear transport, which is one of the most important nuclear-cytoplasm transport pathways in cells. In tumor cells, the activity and expression levels of CRM1 are abnormally elevated, resulting in a variety of tumors suppressors excessively transport out of the nucleus, and subsequently losing their anti-tumor capacities. Our published data has found that baculovirus Ac34 is able to effectively inhibit CRM1-dependent nuclear export pathway in insect cells, and further study showed that the functions of CRM1 are also suppressed by Ac34 in mammalian cells. Based on this, we will elucidate the molecular mechanism of suppressing CRM1 pathway by Ac34 in mammalian cells, and further identify the key active sites and regions of Ac34 involving in the inhibition of CRM1. Further study will focus on the ability of suppressing tumor suppressors export nuclear by Ac34 in tumor cells and the anti-tumor effect of Ac34. And then we will design and synthesize small molecule polypeptides according to the smallest functional region of Ac34, and further examine their anti-tumor effect. The study will benefit for unfolding specific mechanism in that insect viral proteins inhibit mammalian CRM1 pathways and be expected to provide novel insights and theoretical basis for the development of novel anti-tumor drugs targeting CRM1.

CRM1是真核生物中重要的核输出蛋白，其介导的跨核运输是细胞中最重要的核-质运输途径之一。在肿瘤细胞中，CRM1活性及表达水平异常升高，导致多种肿瘤抑制因子过量的转运出核，从而无法发挥抗肿瘤作用。申请人已发表的研究发现杆状病毒蛋白Ac34在昆虫细胞中能有效抑制依赖CRM1的出核途径。进一步的研究表明哺乳动物细胞中CRM1的功能也受到Ac34的抑制。据此，本项目将阐明Ac34在哺乳动物细胞中抑制CRM1通路的分子机制，并确定Ac34上调控CRM1通路的关键活性位点与区域；进而验证Ac34在肿瘤细胞中抑制肿瘤抑制因子出核的能力，并明确Ac34的抗肿瘤效果；在此基础上，设计合成基于Ac34最小功能区域的小分子多肽，检测其抗肿瘤效果。本项目的开展将发现昆虫病毒蛋白抑制哺乳动物CRM1通路的具体机制，同时也有望为基于CRM1的抗肿瘤药物研发提供新的思路与理论基础。

申请人以昆虫（杆状病毒）/哺乳动物病毒（肠道病毒、新冠病毒等）为研究对象，围绕病毒逃逸宿主免疫、病毒核酸复制及与宿主相互作用等重要科学问题进行深入研究，并取得如下研究结果1）揭示了杆状病毒AcMNPV各蛋白的亚细胞定位以及在病毒感染过程中依赖CRM1发生核聚集的结构蛋白：通过对AcMNPV文库的筛选，我们系统性识别了病毒蛋白的亚细胞定位。结果发现在所有140个病毒蛋白中，有37个蛋白主要定位于胞质，43个蛋白主要定位于胞核，60个蛋白呈现全细胞分布，19个蛋白呈现点状聚集。依赖Ac34-CRM1发生核转运的病毒蛋白有Ac102和E26。该成果为全面系统了解杆状病毒在复制过程中的大规模病毒蛋白核转移现象提供了蓝本。相关研究发表于《Virus Research》。2）揭示了柯萨奇B3病毒的3A蛋白是一种病毒编码的RNA干扰抑制因子。CVB3编码的非结构蛋白3A可以抑制哺乳动物细胞中由发夹结构RNA（shRNA）或小干扰RNA（siRNA）引发的RNAi反应。CVB3 3A能够与双链直接相互作用，可以体外结合双链RNA和siRNA。通过突变分析，鉴定出3A的VSR活性位点。相关研究发表在《Journal of General Virology》。.另外，新冠疫情爆发后，申请人积极参与科研攻关，我们发现3）SARS-CoV-2编码的核衣壳蛋白是一种病毒编码的RNA干扰抑制因子。SARS-CoV-2编码的核衣壳蛋白（N）能有效地抑制由发夹结构RNA（shRNAs）或小干扰RNA(siRNAs）触发的RNA干扰。此外，与其它病毒编码的VSRs相似，SARS-CoV-2 N蛋白与体外转录的dsRNA相互作用，表现出双链RNA结合活性。我们的研究结果表明，SARS-CoV-2 N在人体细胞中表现出VSR活性，这可能是SARS-CoV-2的一个关键免疫逃避因子，并参与其致病性。文章发表在《SCIENCE CHINA Life Sciences》。4）SARS-CoV-2 N蛋白通过抑制STAT1和STAT2的磷酸化和核易位拮抗Ⅰ型干扰素信号，这对SARS-CoV-2逃避宿主固有免疫起到了关键作用，并有助于该病的致病性致命的冠状病毒。文章发表在《Cell Discovery》杂志上。