宿主细胞ESCRT复合体参与杆状病毒侵染分子机理

In eukaryotic cells, multivesicular bodies (MVBs) are required for trafficking of membrane proteins to lysosomes for selective destruction. The sorting of ubiquitylated membrane proteins into multivesicular bodies and the biogenesis of MVBs are mediated by the endosomal sorting complex required for transport (ESCRT). Topologically equivalent to the budding of intralumenal vesicles from the limiting membrane of the MVBs, the ESCRT complex is also involved in cytokinetic abscission and enveloped virus budding. Recently, we found the host cellular ATPase VPS4 protein, the key regulator of the ESCRT machinery, is required for efficient entry and egress of budded virions of Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus (AcMNPV), but the detailed mechanism is unknown. In this project, we focus on the functional roles of cellular ESCRT system involved in the entry and egress of AcMNPV. These studies will be helpful for understanding the infection mechanism of DNA enveloped viruses and also useful for the application of baculoviruses in pest control, foreign gene expression, and gene transduction of mammalian cells.

在真核细胞内，膜蛋白需要选择性地经内吞途径被转运至溶酶体降解。研究表明，内吞分选转运复合体（the endosomal sorting complex required for transport，ESCRT）识别泛素化修饰的膜蛋白，介导多泡体（multivesicular body）的形成。此外，ESCRT也参与胞质分裂和包膜病毒的出芽等过程。最近，我们发现，杆状病毒的入侵和出芽释放依赖于宿主ESCRT系统关键性ATP酶- - -VPS4蛋白，但其机理尚不清楚。本项目选择苜蓿银纹夜蛾核多角体病毒（AcMNPV）与其宿主细胞作为模式系统，深入开展宿主ESCRT系统参与杆状病毒入侵与释放分子机理的相关研究，试图揭示杆状病毒与宿主细胞的复杂相互作用。这对于了解DNA包膜病毒侵染机理以及改良和应用杆状病毒均具有重要的理论意义。

在真核细胞内，内吞分选转运复合体（the endosomal sorting complex required for transport，ESCRT）由ESCRT-0，I，II，III及Vps4等五个复合体组成，该系统选择性剪切脂质膜，参与多泡体的形成及胞质分裂等生理过程。本项目的研究发现杆状病毒粒子（Budded virion，BV）的入侵主要依赖于Rab5-介导的早期内吞体及Rab11-依赖的内吞循环途径，其中介导病毒入侵的膜融合蛋白GP64的结构域V存在关键位点可能参与形成其构象变化的铰链区。研究发现，ESCRT系统保守地存在于酵母、昆虫、及哺乳动物中。不同于高等真核生物中广泛存在的ESCRT系统组成基因的扩增现象，仅发现昆虫ESCRT-I组分Vps37存在多个亚型。此外，在少数几种昆虫基因组中也发现存在Vps2的两个亚型。在杆状病毒侵染的宿主细胞中， ESCRT系统各组分（除ESCRT-0以外）的表达水平均显著上调；抑制ESCRT-I与ESCRT-III活性显著降低病毒粒子进入细胞核起始复制，而干扰ESCRT-III功能则进一步抑制子代病毒核衣壳经核膜出芽释放的效率。深入研究发现，多个杆状病毒蛋白与ESCRT-III组分及Vps4之间存在复杂相互作用，推测该相互作用网络调控杆状病毒出芽释放过程。此外，虽然杆状病毒基因组中存在少数几个蛋白含有典型的反转录病毒及RNA病毒的“晚期结构域”（Late-domain）,这些病毒蛋白与ESCRT的相互作用较弱，这一发现与哺乳动物疱疹病毒侵染中的现象较一致。我们推测，尽管ESCRT系统参与多数囊膜病毒的出芽释放过程，但不同病毒对该系统的募集分子机制可能存在较大差异。关于ESCRT系统调节杆状病毒BV出芽释放的详尽分子机理仍在研究中，该项目及后续研究对揭示杆状病毒宿主专一性及DNA病毒侵染机理具有重要的科学意义。