人类冠状病毒PLP蛋白酶激活自噬调节抗病毒天然免疫及其分子机制

Human coronaviruses (CoV) have developed strategies to evade and subvert the host antiviral innate immune response. However, the molecular mechanisms that human coronaviruses evade or block the complex signaling pathway of host innate immunity still remain unclear.Our previous research found that Papain-like protease (PLP) containing within coronavirus non-structural protein 3 (Nsp3), one of the processed products of coronavirus replicase polyprotein, functions as both viral protease and deubiquitinase (DUB) and acts as IFN antagonist. Our unpublished data further confirmed that SARS-CoV PLP induces activation of autophagy, an essential process for physiological homeostasis. Autophagy-associated signaling pathway has been implicated in the modulation of host antiviral innate immunity. However, the functional interaction between regulation of innate immunity and induction of autophagy of human coronavirus PLP remains poorly understood. In this project, we hypothesis a new mechanism that human coronavirus Papain-like protease (PLP) modulates the antiviral innate immunity through targeting autophagy and activating autophagy-associated signaling pathway. We propose: 1) to determine if coronavirus papain-like protease (PLP) modulates the autophagy and if PLP domains from other coronaviruses exploit similar or distinct mechanisms for modulation of autophagy. 2) to determine how PLP modulates autuphagy through targeting autuphagy-related signaling pathway. 3) to determine if modulation of autophagy pathway is associated with the negative regulation of innate immunity of coronavirus PLP. and 4) to determine the regulation mechanisms of antiviral innate immunity through targeting autophagy signaling protein complex by human coronavirus PLP. The project will provide new information on the role of coronavirus PLP in blocking or inactivating the innate immune system and identify potential targets for antiviral immunological interventions for human coronavirus infection.

人类冠状病毒逃避/抑制宿主抗病毒天然免疫机制还不清楚。申请者在国家基金项目系列研究中发现，PLP蛋白酶是冠状病毒编码的一种新型IFN拮抗蛋白。课题组最新研究发现，PLP蛋白酶能特异性诱导自噬(Autophagy)，是一种病毒来源的新型自噬诱导蛋白。目前对PLP诱导自噬及其在天然免疫调节中的作用还不清楚。本项目以前期研究发现为基础，围绕"人类冠状病毒调节宿主抗病毒天然免疫机制"这一科学问题，提出"PLP蛋白酶通过激活细胞自噬信号通路调节抗病毒天然免疫"科学假设。针对该设想，课题拟综合应用分子生物学和分子免疫学技术，研究人类冠状病毒PLP蛋白酶对细胞自噬信号通路调节及其分子机制；细胞自噬信号通路在PLP蛋白酶调节抗病毒天然免疫中作用及其分子机制。课题对研究人类新发冠状病毒PLP蛋白酶新功能，揭示冠状病毒抑制/逃避抗病毒天然免疫及其机制，发现新型抗病毒免疫干预措施具有重要理论意义。

冠状病毒(CoV)是引起人类呼吸道感染的一类重要病毒。人类新发冠状病毒感染的防治是当前面临的重要医学问题之一。目前感染人类的冠状病毒已多达六种，其中包括2003年首次在中国出现并引起全球重大公共卫生事件的SARS冠状病毒和2012年9月在中东地区首次出现的中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)。人类新发冠状病毒与宿主抗病毒天然免疫关系及其机制是病毒感染与免疫机制研究中的一个重要科学问题。本课题通过系统研究，首次证实人类冠状病毒蛋白酶具有激活细胞自噬(Autophagy)的生物学功能，并初步阐明人类冠状病毒蛋白酶激活细胞自噬分子机制及其对宿主抗病毒天然免疫的影响。本课题的重要发现和创新点具体研究表现在：人类冠状病毒PLP蛋白酶是病毒编码的新型自噬诱导蛋白；人类冠状病毒3CLpro蛋白酶具有诱导细胞自噬的生物学新功能；人类冠状病毒蛋白酶诱导细胞自噬体形成但抑制或者阻断自噬溶酶体形成，即人类冠状病毒蛋白酶诱导不完全细胞自噬；冠状病毒蛋白酶通过作用Beclin1等关键调节蛋白诱导细胞自噬从而抑制宿主抗病毒天然免疫反应，并影响冠状病毒在细胞中的复制。本课题揭示了人类新发冠状病毒蛋白酶的新型生物学功能，特别是其调节宿主抗病毒天然免疫新机制，为阐明人类新发冠状病毒致病机理以及研发新型抗病毒药物和疫苗提供理论依据，具有重要科学意义和潜在社会经济价值。