细胞通过凝集小体途径降解流感病毒HA蛋白的机制研究

Hemagglutinin (HA) of influenza virus is required for viral particles to infect host cells, therefore, HA biosynthesis and degradation are important determinants of viral infectivity and transmission. We have found that HAs are degraded by both proteasomal and lysosomal pathways in host cells and previously reported on the molecular mechanism and anti-viral effect of proteasomal degradation（J Virol. 2017，pii: e01690-17）. However, the mechanism and biological significance of lysosome-mediated HA degradation is still unknown. Our current data demonstrate that influenza virus infection leads to the formation of HA aggresomes. These HA aggresomes are targeted to lysosome for degradation through an autophagic pathway, and inhibition of lysosomal degradation increases the amount of functional HAs. In this proposal, first, we will generate different genetically modified cell lines to screen the host molecules which are critical in the formation and degradation of HA aggresomes. Then, the mechanism by which the formation and degradation of HA aggresomes influence virus replication will be examined by using genetically modified cell lines. Lastly, based on the results of in vitro study, we will establish genetically modified mice to study whether the formation and degradation of HA aggresomes can modulate virus replication in vivo. This project will clarify the molecular mechanism of how the HA aggresomes affect influenza virus replication, and provide new insight for anti-viral drug design.

流感病毒表面的血凝素蛋白（HA）是病毒启动感染的决定性蛋白，其在细胞中的合成及降解效率直接影响病毒粒子的感染性与传播性。在前期研究中，我们发现HA蛋白在胞内合成过程中能够同时被蛋白酶体和溶酶体降解，并报道了蛋白酶体降解HA的机理及抗病毒效应，而溶酶体降解HA蛋白的机制及其背后的生物学意义尚不明确。目前我们已证实，HA蛋白能够在感染细胞中形成凝集小体，该凝集小体可通过自噬途径被细胞溶酶体降解，抑制溶酶体的降解可显著增加细胞功能性HA的数量。本项目拟在此基础上，首先构建不同的基因修饰细胞系，鉴定在HA凝集小体形成及降解过程中，发挥关键作用的宿主分子；之后在基因修饰细胞系中查看HA凝集小体通路对病毒复制的影响；最后构建相应的基因修饰小鼠，在体内验证干预HA凝集小体的合成和降解可以调控流感病毒的复制。本项目将揭示细胞通过凝集小体途径影响流感病毒复制的分子机制，并为新型抗病毒药物开发奠定基础。

流感病毒、埃博拉病毒等有囊膜的病毒是一类严重威胁人类健康的病毒。病毒粒子表面的囊膜蛋白是病毒启动感染或决定病毒毒力的关键决定性蛋白。本研究首先发现流感病毒HA蛋白的成熟、降解依赖细胞内质网分子CNX、CRT和Erp57的调控；通过对蛋白降解分子的筛选，发现宿主分子IHAD促进流感病毒HA蛋白的降解，进一步通过细胞基因敲除细胞系及基因KO小鼠，证明了IHAD在流感病毒复制中的关键作用，即在体外试验中，IHAD可以抑制HA蛋白的表达以及流感病毒的复制；在体内实验中，流感病毒感染的野生型小鼠表现出比IHAD KO小鼠更弱的病理损伤。机制上，在流感病毒感染细胞中，IHAD促进HA蛋白的凝集，凝集的HA蛋白形成凝集小体结构，并通过自噬途径，经由细胞溶酶体降解。深入研究发现，与流感病毒HA蛋白类似，埃博拉病毒GP蛋白的合成、降解也需要内质网分子Erp57的参与，但不同的是，Erp57通过作用于GP蛋白二硫键的方式抑制埃博拉病毒GP蛋白的表达以及病毒组装和感染，其机理在于Erp57诱发GP蛋白的错误折叠及泛素化，而GP蛋白的降解不单一地依赖K48或者K63泛素化。错误折叠的蛋白通过内质网应激激活“内质网相关蛋白降解通路”，与经典的蛋白酶体降解通路不同，GP蛋白可在细胞自噬作用下，经由溶酶体降解。重要的是，本研究发现Erp57可以特异性地降解埃博拉病毒GP蛋白，而对同种属的马尔堡病毒的囊膜蛋白不表现出生物学活性。此外，蛋白二硫键异构酶家族多个成员均对埃博拉病毒GP蛋白的合成表达展现出负调控作用。本项目深入研究了宿主细胞降解病毒囊膜蛋白的分子机制，可为开发新型抗病毒制剂奠定基础。