Nature：利用CRISPR篩選出潛在的黃病毒藥物靶標

2016年6月19日/生物谷BIOON/--在一項新的研究中，來自美國華盛頓大學醫學院和賓夕法尼亞大學等機構的研究人員發現一種潛在的方法阻止寨卡病毒和類似的病毒在體內擴散的方法。相關研究結果於2016年6月17日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「A CRISPR screen defines a signal peptide processing pathway required by flaviviruses」。

研究人員鑒定出一種在寨卡病毒和其他黃病毒（flavivirus）在細胞間擴散中發揮著至關重要作用的基因通路。再者，他們證實關閉這個通路中的單個基因---在人細胞和昆蟲細胞中---並不會對細胞本身產生負面影響，而且也使得黃病毒不能夠從被感染的細胞中釋放出來，從而阻止感染擴散。

這項研究給出寨卡病毒和其他黃病毒如登革熱病毒和西尼羅河病毒的一個潛在的藥物靶標，其中黃病毒對公共衛生帶來重大影響。

論文通信作者、華盛頓大學醫學院醫學教授Michael Diamond博士說，「我們想要發現我們是否能夠鑒定出存在宿主細胞中的黃病毒感染所絕對必需的基因。從我們研究的大約1.9萬個基因中，我們僅發現9個關鍵基因是這些病毒感染或擴散所依賴的。這9個基因都與宿主處理病毒顆粒的一種重要組分相關聯，而這種組分是感染擴散所必不可少的。」

病毒必須劫持宿主細胞進行複製和擴散，使得它們依賴於它們感染的宿主細胞的遺傳物質。如果宿主細胞缺乏病毒複製所需的一個基因，那麼病毒將會停在感染途中，這樣細胞將會存活下來。這表明這個缺失的基因在病毒擴散中發揮著至關重要的作用，因而應當進一步開展研究。

為了鑒定出黃病毒依賴哪些基因，Diamond和他的同事們利用一種被稱作CRISPR/Cas9的基因編輯技術選擇性關閉單個基因。

在Diamond和他的同事們鑒定出的9個關鍵性基因中，一個被稱作SPCS1的基因當失去功能時，不僅會降低黃病毒感染，而且也不會對他們研究的細胞產生副作用。研究人員首先針對西尼羅河病毒開展實驗，然後證實同樣的結果也適合於其他的黃病毒科成員，包括寨卡病毒、登革熱病毒、黃熱病病毒、日本腦炎病毒和丙型肝炎病毒。

儘管缺乏這個基因會阻止黃病毒科病毒擴散，但是研究人員發現剔除這個基因不會影響其他類型的病毒（如甲病毒、布尼亞病毒和棒狀病毒）感染。

Diamond說，「黃病毒似乎獨特地依賴這個特定的基因釋放病毒顆粒。在這些病毒中，這個基因發起病毒顆粒組裝和釋放所必需的多米諾骨牌效應。若缺乏它，這個效應不會發硬，病毒也就不會擴散。因此，我們對作為一種潛在藥物靶標的這個基因感興趣，這是因為它破壞病毒，而不會破壞宿主細胞。」（生物谷 Bioon.com）

A CRISPR screen defines a signal peptide processing pathway required by flaviviruses

doi:10.1038/nature18625

Rong Zhang,

Jonathan J. Miner,

Matthew J. Gorman,

Keiko Rausch,

Holly Ramage,

James P. White,

Adam Zuiani,

Ping Zhang,

Estefania Fernandez,

Qiang Zhang,

Kimberly A. Dowd, Theodore C. Pierson,

Sara Cherry

& Michael S. Diamond

Flaviviruses infect hundreds of millions of people annually, and no antiviral therapy is available1, 2. We performed a genome-wide CRISPR/Cas9-based screen to identify host genes that, when edited, resulted in reduced flavivirus infection. Here, we validated nine human genes required for flavivirus infectivity, and these were associated with endoplasmic reticulum functions including translocation, protein degradation, and N-linked glycosylation. In particular, a subset of endoplasmic reticulum-associated signal peptidase complex (SPCS) proteins was necessary for proper cleavage of the flavivirus structural proteins (prM and E) and secretion of viral particles. Loss of SPCS1 expression resulted in markedly reduced yield of all Flaviviridae family members tested (West Nile, Dengue, Zika, yellow fever, Japanese encephalitis, and hepatitis C viruses), but had little impact on alphavirus, bunyavirus, or rhabdovirus infection or the surface expression or secretion of diverse host proteins. We found that SPCS1 dependence could be bypassed by replacing the native prM protein leader sequences with a class I major histocompatibility complex (MHC) antigen leader sequence. Thus, SPCS1, either directly or indirectly via its interactions with unknown host proteins, preferentially promotes the processing of specific protein cargo, and Flaviviridae have a unique dependence on this signal peptide processing pathway. SPCS1 and other signal processing pathway members could represent pharmacological targets for inhibiting infection by the expanding number of flaviviruses of medical concern.

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