NP蛋白的SUMO化修饰促进NP蛋白入核和A型流感病毒复制的机制研究

Recently influenza A virus has caused several cross-species transmissions, which is realized by viral genetic variability and escape ability from host defense system. Thus, demands on preventing further pandemics and developing new drugs for disease treatment enforce the scientists to deeply research on the viral pathogenesis and viral-host interplays. Our latest finding indicates that influenza A virus exploits host SUMO systems to make viral proteins themselves sumoylated, which in turn benefits the virus growth, and nucleoprotein (NP) of influenza A virus is such a sumoylated viral target. The translocation from cytoplasm to nucleus of newly synthesized NP is the prerequisites for viral genome replication and transcription. Our data has already demonstrated that sumoylation is necessary for nuclear localization of NP and the interaction between NP and host nuclear import factor importin-α. In this project, we will further identify the interaction domain of sumoylated NP on importin-α, set up the molecular model for NP sumoylation in nuclear import and virus replication. This research will give us new insights into the function of SUMO systems in influenza pathogenesis. Inhibiting this viral-host interaction will help to develop new anti-viral drugs and control disease development.

A型流感病毒引发了多次从动物到人的跨种传播,这与其较强的变异能力和逃逸宿主保护能力有关。因此，深入了解关键病毒蛋白与宿主分子之间的相互作用,是研发新型抗病毒药物和控制感染的关键。我们的研究表明：流感病毒核蛋白NP在宿主细胞内被SUMO化修饰，这种修饰对病毒的有效复制至关重要。NP蛋白的入核是病毒基因组复制转录的前提，我们发现SUMO化修饰促进了NP的入核，并促进了NP蛋白与宿主核转运分子importin-α之间的相互作用。在该项目中，我们将重点研究SUMO化修饰的NP蛋白与importin-α的相互作用位点，建立NP蛋白利用宿主SUMO化修饰系统的分子模型，揭示SUMO化修饰促进NP蛋白入核和病毒复制的分子机理。该项目的完成，将揭示SUMO化修饰对流感病毒蛋白入核运输和病毒复制的重要作用，阻断这种病毒宿主相互作用将为研发抗流感病毒药物提供新方案，对控制感染有重要的科学意义和社会意义。

流感病毒是引起人和其他哺乳动物患流行性感冒的主要病原体，可造成季节性流行或者大流行。流感病毒在宿主体内的有效复制需要依赖宿主细胞因子的参与，揭示关键性的病毒宿主相互作用对了解病毒的致病性和抗病毒治疗有着重要意义。通过该项目的研究，我们发现甲型流感病毒核蛋白NP利用人细胞的SUMO化修饰系统将自身进行翻译后修饰。NP蛋白是负责病毒基因组复制的重要组成部分，是目前抗病毒药物研发的主要靶点。研究发现NP蛋白的SUMO化修饰发生在蛋白氨基端的第4位和第7位赖氨酸上。利用流感病毒反向遗传学系统，拯救出SUMO化功能缺失的WSN-NPK4,7R病毒，该病毒在病毒生长和空斑形成上都明显减弱，并且存活周期很短，极易发生回复突变，这说明NP的SUMO化修饰对病毒存活和复制至关重要。研究证明SUMO化修饰增强了NP蛋白和宿主核转运蛋白importin之间的相互作用，确保了NP蛋白在细胞核内的动态定位，为流感病毒基因组的复制和包装提供必要的时间。研究还找到了调控NP蛋白SUMO化的特异性E3酶PIASxa。过表达PIASxa可以显著促进病毒复制，而E3酶活缺失的突变体PIASxamut则对病毒复制没有影响。更为重要的是，研究发现NP蛋白的SUMO化修饰在几乎所有亚型的病毒中普遍存在，包括高致病性的H5N1病毒和新近发现的H7N9病毒。该研究不仅揭示了重要的流感病毒致病机理，并且提示了病毒SUMO化修饰可作为开发广谱抗流感病毒药物的潜在靶点。研究成果以全文研究文章形式在国际知名病毒学期刊Journal of Virology发表了“Sumoylation of Influenza A Virus Nucleoprotein Is Essential for Intracellular Trafficking and Virus Growth” (A型流感病毒NP蛋白的SUMO化修饰在胞内运输和病毒生长中的关键作用)的研究论文，Journal of Virology, 2014 Aug 15;88(16):9379-90，并被杂志主编(资深流感病毒学家Adolfo Garcia-Sastre教授)选评为该期亮点文章，被中国科学院院刊海外版和《中国科学院之声》等新闻平台特别报道。项目目标顺利完成。