武大生科院最新研究进展

1、2015年11月8日讲座：嗜热病毒2、武汉大学生命科学学院/病毒学国家重点实验室周溪教授课题组在天然免疫及基因表达调控研究方面取得重要进展，发现果蝇Dicer-2蛋白能以一种非RNA干扰（RNAi）的全新机制调控Toll免疫通路。RNAi是重要的转录后基因沉默（posttranscriptionalgenesilencing）机制，通过siRNA、miRNA等小非编码RNA（sncRNA）参与调控细胞内的各项生物学过程，并在生物技术、药物开发等方面具有重要应用。而Toll免疫通路是无脊椎动物中最重要的天然免疫机制之一，在宿主抵御细菌、真菌及部分病毒的感染中发挥重要作用；同时，该通路与哺乳动物Toll-likereceptor(TLR)通路高度保守。Dicer是RNAi通路中最重要的蛋白之一，通过剪切dsRNA或pre-miRNA产生siRNA或miRNA；同时，Dicer也是RNAi抗病毒免疫通路的模式识别受体（PRR），通过识别并剪切病毒dsRNA，启动该免疫通路。周溪课题组以果蝇为模式生物，发现其Dicer-2能以一种非RNAi的全新机制正调控Toll免疫通路，在宿主抵御革兰氏阳性菌、真菌以及病毒感染中起重要作用。更进一步的研究发现，Dicer-2特异性结合到TollmRNA的3’UTR区域，并通过该相互作用促进Toll蛋白翻译，从而促进Toll免疫通路。该工作不但发现Dicer是参与Toll免疫通路的新因子，更揭示了Dicer这个RNAi通路中最重要的蛋白具有意想不到的非RNAi功能，在转录后水平正调控基因表达。鉴于Dicer及Toll在从无脊椎动物到哺乳动物中的高度保守性，该研究在天然免疫及基因表达调控方面具有重要意义。3、武汉大学生命科学学院/病毒学国家重点实验室周溪教授课题组在人类肠道病毒研究方面取得重要突破。首次发现人类肠道病毒所编码的非结构蛋白2C具有RNA解旋酶及分子伴侣的功能，并进一步揭示了2C蛋白通过该功能提高病毒RNA模板链的循环利用效率，从而促进肠道病毒RNA复制的新机制。人类肠道病毒（humanenterovirus）属于小RNA病毒科（Picornaviridae）肠道病毒属（Enterovirusgenus），其中包括大量感染人类的病原病毒，著名的有脊髓灰质炎病毒、人肠道病毒71型（EV71）等。这些病毒每年在全世界感染30多亿人次，导致的疾病有较温和的感冒、上呼吸道感染，也有较严重的手足口病，以及能致死或致残的脑炎、脊髓灰质炎、心肌炎等。其中的EV71是婴幼儿手足口病甚至死亡的主要病原；然而，目前尚无针对EV71的有效疫苗或抗病毒药物。在肠道病毒及小RNA病毒中，非结构蛋白2C是最保守的非结构蛋白，在该类病毒的复制中起关键作用。因其具有保守的ATPase及解旋酶结构域，十多年来2C一直被预测为解旋酶；然而，虽然有过许多尝试，其解旋活性一直未被成功确定，成为肠道病毒及小RNA病毒研究中一个悬而未决的重要谜团，也阻碍了我们对肠道病毒复制机制的认识。在该研究中，周溪课题组以EV71为模式病毒，发现其2C蛋白同时具有依赖于ATP的RNA解旋酶功能，以及不依赖于ATP的RNA分子伴侣的功能，并对其生化性质进行了详细解析，确定了这两种功能在2C蛋白上所对应的不同结构域。进一步的，通过一系列体外及细胞内实验发现：2C的解旋功能通过提高病毒RNA模板链的循环利用效率的机制，促进肠道病毒RNA复制，对EV71的复制及病毒活性至关重要。最后，该研究也发现EV712C所具有的这些功能在包括柯萨奇病毒的其他肠道病毒中也保守存在。该工作首次揭示了RNA解旋酶及分子伴侣在肠道病毒RNA复制中的作用及机制，加深了对该类重要病原病毒复制机制的认识，也为以2C为靶标的抗EV71药物研发提供了理论基础。同时，这也是第一次发现RNA解旋酶及RNA分子伴侣这两种不同类型的RNA重塑（RNAremodeling）功能可被同一个蛋白所具有，极大拓展了对这一大类调控RNA构象的重要蛋白的认识。4、宋保亮教授作为通讯作者在国际顶尖期刊《Cell》杂志发表研究论文,题目为“Cholesteroltransportthroughlysosome-peroxisomemembranecontacts”（胆固醇通过溶酶体与过氧化物酶体的膜接触进行转运）。本研究从细胞生物学长期未解决的基本重大问题出发，着眼于人类遗传疾病的机理阐明和治疗改进，具有深远意义。胆固醇是细胞内含量非常丰富的一类脂质分子，它在细胞内的分布极不均匀且高度动态运输，这对维持细胞的正常生命活动至关重要。针对这一胆固醇代谢领域的重要问题，同时也是一个基本的细胞生物学问题，宋保亮团队通过巧妙设计、全基因组筛选，最终鉴定出300多个与胆固醇运输相关的基因。进而发现溶酶体通过和过氧化物酶体相互接触，将胆固醇转移给后者。同时，他们鉴定出介导溶酶体与过氧化物酶体接触的分子分别是Syt7蛋白和PI(4,5)P2磷脂，从而解释了分子机制。过氧化物酶体功能缺失会导致一大类相关疾病--过氧化物酶体紊乱疾病，表现为发育和神经系统功能障碍，目前没有有效的治疗手段。该工作第一次揭示在这些病人和小鼠模型的细胞中有大量胆固醇堆积，且该现象的出现大大早于神经症状，提示胆固醇堆积是过氧化物酶体紊乱疾病的发病原因之一。这项研究工作的意义在于：1）发现了细胞内胆固醇运输的新途径；2）揭示了过氧化物酶体这一细胞器的新功能；3）揭示了胆固醇运输异常是导致过氧化物酶体紊乱疾病的病因之一，为治疗该类疾病提供了全新的思路。5、宋质银教授研究组关于线粒体内金属蛋白酶OMA1研究取得重要进展正常细胞的线粒体是一种动态的细胞器，不停的进行着融合和分裂。OPA1在线粒体内膜的融合中起着关键的作用，OPA1的异常会导致各种疾病。在生理异常的状态下，OPA1在S1位点会发生剪切，从而导致线粒体的形态和功能异常。OPA1是如何应答外界的刺激是当前线粒体领域急需要解决的问题。宋质银教授研究组发现，当外界的环境刺激时，线粒体内的金属蛋白酶OMA1会发生自我剪切并激活OMA1酶活性，从而对OPA1进行剪切和降解，进而影响线粒体的形态和功能。此外，线粒体蛋白酶Yme1L的缺失也会导致OMA1活性提高。该文章详细阐述了OMA1激活的分子机制，以及OMA1激活后对线粒体形态的影响，对进一步认识线粒体如何响应外界环境刺激提供了重要的分子依据和线索。6、张晓东教授研究组关于NLK的研究取得重要进展DNA分子的完整性对细胞正常的生命活动至关重要，但是外界环境和生物体内部的因素经常会导致DNA分子的损伤或遗传信息的改变，这些损伤或改变对细胞的功能或者生物体的生存都会产生影响。p53基因在DNA损伤中发挥重要的作用，DNA受到损伤后，p53基因被激活，大量表达p53蛋白，阻滞细胞周期，使DNA复制过程受阻，并快速启动修复机制，使损伤的DNA得以修复。当DNA损伤过度不能被修复时，p53会诱导损伤的细胞凋亡，从而降低DNA损伤所造成的肿瘤发生的几率。NLK能够调控许多转录因子，NLK在细胞的增殖、分化、凋亡、肿瘤发生和免疫反应中都发挥重要的作用。该课题组研究证明细胞受到外界刺激后，p53和NLK会被迅速的激活并大量积累，此时NLK会破坏p53-MDM2之间的相互作用，抑制MDM2对p53的泛素化降解从而使p53的稳定性提高。6、古菌及其环境适应机制的系统研究，在极端嗜热古菌染色体结构及热稳定性、DNA复制及其调控、热泉古菌病毒等方面取得了多项重要成果7、舒红兵研究组Cell子刊发表最新研究成果病毒是最简单的生物体，只能通过感染宿主细胞才能复制和生存。天然免疫是宿主对抗病毒感染的第一道防线，在宿主抗病毒免疫中发挥关键作用。宿主天然免疫应答的一个关键环节是病毒感染后诱导细胞合成和分泌I型干扰素（IFN-I）。IFN-I通过多种方式诱导抗病毒效应。舒红兵研究组及美国迈阿密大学GlennBarber研究组于2008年同时报道了一个在病毒感染诱导IFN-I合成和分泌过程中发挥关键作用的接头蛋白MITA/STING。该发现引起了广泛关注并很快成为免疫学领域的研究热点和高被引论文。在最新的这项研究中，舒红兵研究组与中国科学院武汉病毒所王延轶研究组合作，用表达克隆方法鉴别出内质网蛋白ZDHHC1是病毒触发的、MITA/STING依赖性的天然免疫信号转导的正调控因子。他们用基因敲除小鼠模型，证实ZDHHC1在DNA病毒(如I型单纯疱疹病毒,HSV-1）诱发的天然免疫中发挥重要作用。病毒感染后，Zdhhc1基因敲除的小鼠血清中I型干扰素表达降低，脑组织中病毒滴度增加，小鼠更易死亡。生物化学及细胞生物学实验表明，ZDHHC1是通过与MITA相互作用发挥功能。该项研究对了解DNA病毒诱导I型干扰素表达及抗病毒天然免疫分子机制具有重要意义。8、陈明周教授研究组在不分节负链RNA病毒研究取得新进展人副流感病毒3型（HumanParainfluenzaVirusType3，HPIV3）属于有包膜的，不分节的负链RNA病毒（如麻疹病毒、狂犬病毒、呼吸道合胞病毒等）。作为一种重要的呼吸道病毒，HPIV3主要通过空气传播，其感染仅次于呼吸道合胞病毒（RSV）,是引起婴幼儿和免疫缺陷人群下呼吸道感染的主要病原之一，感染可导致急性支气管炎、肺炎等，但目前尚无有效的抗病毒疫苗和药物。因此，澄清该病毒的出芽机制可以为研发抗HPIV3药物和疫苗提供良好的分子基础。HPIV3的基质蛋白（Matrixprotein,M）和许多不分节负链RNA病毒的基质蛋白一样，在病毒后期的组装与出芽过程中扮演主要的功能，该研究发现了M蛋白C端的一个关键的氨基酸位点，该位点通过调节M蛋白的泛素化作用及M蛋白与细胞膜的结合从而调节M蛋白的出芽。该研究对于揭示不分节负链RNA病毒的基质蛋白在病毒后期组装与出芽中所起的作用有重要意义，为对该类病毒的抗病毒研究提供了新的理论和实验依据，后续的相关工作也正在进行中并取得了较好的进展。9、陈明周课题组《细胞》子刊揭示病毒和宿主细胞相互作用新功能人副流感病毒3型（HumanParainfluenzaVirustype3,HPIV3）是引起婴幼儿和免疫缺陷人群下呼吸道感染的主要病原之一。能够引起急性细支气管炎、肺炎和哮喘。当前，由于我国空气质量的逐渐恶化，雾霾天气在全国范围内普遍增多，这更加剧和加重了呼吸道疾病的危害程度。然而，当前还没有有效的疫苗和抗病毒药物能够预防和治疗HPIV3的感染。因此，揭示HPIV3感染的致病机理是研发抗HPIV3药物和疫苗的分子基础。陈明周教授课题组以HPIV3为模式病毒，发现HPIV3能够封锁自噬体-溶酶体的融合，从而诱导非完全自噬;并且证明这一封锁过程是由病毒的磷酸蛋白（Phosphoprotein,P）来完成的。SNARE家族蛋白是一类调节细胞内膜融合的关键蛋白。通过以P蛋白为诱饵蛋白筛选文库，鉴定到一个SNARE蛋白家族中的重要成员-SNAP29和P蛋白相互作用。因为SNAP29是调节自噬体-溶酶体融合的一个关键接头蛋白，它分别通过与SNARE蛋白家族的另外两个成员Stx17和VAMP8相互作用调节自噬体-溶酶体融合。随后的进一步研究表明：P蛋白通过和SNAP29的相互作用，竞争性地封锁了SNAP29和Stx17的结合、抑制了自噬体-溶酶体融合，导致自噬体的累积，从而增强了胞外病毒粒子的产生。该发现不仅对不分节段负链RNA病毒和宿主相互作用研究做出了贡献，而且提出的病毒可以劫持SNARE蛋白（调节细胞内膜融合的关键蛋白质）功能的概念为研究病毒封锁细胞内的膜融合提供了全新方向。陈明周教授领导的课题组从事不分节段负链RNA病毒复制、病毒蛋白的功能分析及其与宿主细胞相互作用等的研究工作。10、周溪副教授在病毒RNA分子伴侣领域取得重要进展RNA分子伴侣（RNAchaperones）是一类能重塑RNA分子结构、帮助RNA正确折叠及正常功能的蛋白，在RNA参与的各项生物学过程中发挥重要作用，是目前国际RNA领域研究的热点之一。目前，在HIV、黄病毒、