找到「罪魁禍首」？華人科學家首次鎖定寨卡病毒致病蛋白

導讀

近日，國際著名期刊《美國科學院院刊》（PNAS）在線發表了美國馬里蘭大學醫學院研究人員的一項研究成果，論文題目為「Characterization of cytopathic factors through genome-wide analysis of the Zika viral proteins in fission yeast」，研究人員利用裂殖酵母為模型全面研究了Zika病毒基因編碼的蛋白或小肽的細胞內定位和功能，並最終鎖定7種病毒蛋白可引起細胞發生不同類型/程度的病變效應，這些病毒致病相關因子或許就是造成寨卡病毒肆虐的罪魁禍首，該研究可為病毒致病機制和抗病毒策略研究提供參考。論文通訊作者為美國馬里蘭大學人類病毒學研究所終身教授、華人科學家趙玉琪（Richard Y. Zhaoa）教授和美國科學院院士、美國馬里蘭大學人類病毒學研究所所長RobertGallo教授。

過去一年，寨卡病毒成為病毒學研究領域的焦點。隨著科學家對該病毒了解逐漸增多，知曉了其會導致小頭症和格林-巴利綜合征等一系列健康問題，但這種病毒是怎樣對細胞造成損害的？哪些蛋白與之相關？至今尚不得而知。裂殖酵母（fission yeast）是與哺乳動物細胞非常相似的一種真菌，各種真核細胞蛋白在裂殖酵母細胞和哺乳乳動物細胞中的功能基本相似，裂殖酵母為真核細胞蛋白結構、功能、基因表達的研究提供了很好的模型。

Zika病毒蛋白的細胞內定位的全基因組分析

趙玉琪教授作為利用裂殖酵母模型來研究HIV以及大麥黃矮病毒的先驅科學家，在這項研究中，研究人員使用裂殖酵母對ZiKa病毒進行了快速的病毒蛋白質組學分析，在酵母細胞內表達相應的zika病毒蛋白，分析各種蛋白在細胞內的定位以及致細胞病變效應，研究發現每個蛋白在細胞里的定位總體上符合其預測的蛋白質結構特性。在14種病毒蛋白中，5結構性和3種非結構蛋白顯示不同水平的致細胞病變效應，其中小肽Pr和兩種非結構性蛋白（NS2B和NS4A）可引起明顯的細胞病變效應，包括抑制生長和增殖、引起細胞肥大，細胞周期失調和細胞死亡，而病毒前體膜蛋白（prM）的表達導致細胞的G1期阻滯，而膜錨定衣殼蛋白（anaC），膜蛋白（M），包膜蛋白（E）和非結構蛋白4A（NS4A）引起細胞的G2/M期阻滯，進一步研究證實，NS4A蛋白誘導的細胞肥大和生長受限是由Tip41參與的雷帕黴素靶蛋白(TOR)信號通路介導，對於以上病毒致病性蛋白的解析結果，將為未來研究Zika病毒預防和治療策略提供參考。

zika病毒蛋白致細胞病變效應研究

據悉，目前研究者正在進行初期研究來闡明寨卡病毒同大鼠和人類細胞的相互作用，並將進一步理解上述新發現的7種蛋白質在人類機體中的作用機制，以研究闡明寨卡病毒感染機體的更多分子機理。

Ge Li,Melissa Poulsen,Csaba Fenyvuesvolgyi,Yoko Yashiroda,Minoru Yoshida,J. Marc Simard,Robert C.Gallo,andRichard Y. Zhao. Characterization of Cytopathic factorsthroughgenome-wideanalysisoftheZikaviralproteinsinfissionyeast. PNAS2017;published aheadofprintJanuary 3, 2017

AbstractThe Zika virus (ZIKV) causes microcephaly and the Guillain-Barré syndrome. Little is known about how ZIKV causes these conditions or which ZIKV viral protein(s) is responsible for the associated ZIKV-induced cytopathic effects, including cell hypertrophy, growth restriction, cell-cycle dysregulation, and cell death. We used fission yeast for the rapid, global functional analysis of the ZIKV genome. All 14 proteins or small peptides were produced under an inducible promoter, and we measured the intracellular localization and the specific effects on ZIKV-associated cytopathic activities of each protein. The subcellular localization of each ZIKV protein was in overall agreement with its predicted protein structure. Five structural and two nonstructural ZIKV proteins showed various levels of cytopathic effects. The expression of these ZIKV proteins restricted cell proliferation, induced hypertrophy, or triggered cellular oxidative stress leading to cell death. The expression of premembrane protein (prM) resulted in cell-cycle G1 accumulation, whereas membrane-anchored capsid (anaC), membrane protein (M), envelope protein (E), and nonstructural protein 4A (NS4A) caused cell-cycle G2/M accumulation. A mechanistic study revealed that NS4A-induced cellular hypertrophy and growth restriction were mediated specifically through the target of rapamycin (TOR) cellular stress pathway involving Tor1 and type 2A phosphatase activator Tip41. These findings should provide a reference for future research on the prevention and treatment of ZIKV diseases.

趙玉琪教授

馬里蘭大學醫學院病理系、微生物系和人類病毒學研究所終身教授，兼任馬里蘭大學醫學院病理系分子病理部主任、醫學院轉化基因組中心實驗室創始主任及醫療系統分子診斷實驗室主任。在分子病理學、基因診斷以及分子生物學與基因工程方面造詣深厚，重點研究領域為寨卡病毒、愛滋病、抗腫瘤和抗艾滋病藥物及個性化基因診斷在精準醫療中的應用。趙玉琪教授是一位在國際學術界非常活躍的科學室。先後擔任馬里蘭大學教授參議會議長、榮譽議長。曾任美國華人生物醫藥科技協會（CBA）會長等一系列學術組織負責人，同時兼中國預防性病艾滋病基金會顧問等職位，目前還受聘國內多所著名高校或研究機構的客座教授。

本期編輯：rojjer