PLOS Pathogens |?復(fù)旦張榮團隊發(fā)現(xiàn)GPI合成途徑通過調(diào)控LY6E抑制多種冠狀病毒入侵

冠狀病毒是一類具有囊膜的單股正鏈RNA病毒，可分為α、β、γ和δ四個屬，能夠感染人類和多種動物。雖然部分冠狀病毒僅引起輕微呼吸道癥狀，但SARS-CoV、MERS-CoV和SARS-CoV-2等高致病性病毒可導(dǎo)致嚴重呼吸系統(tǒng)疾病，對全球公共衛(wèi)生構(gòu)成持續(xù)威脅。冠狀病毒的感染周期依賴于病毒與宿主間的復(fù)雜相互作用。宿主通過進化形成包括限制因子在內(nèi)的多層次防御系統(tǒng)，這些因子通過靶向病毒生命周期關(guān)鍵環(huán)節(jié)發(fā)揮抗病毒作用。然而，相較于大量已知的宿主易感性因子，宿主限制因子的作用機制研究仍不夠系統(tǒng)。

近日，復(fù)旦大學醫(yī)學分子病毒學教育部/衛(wèi)健委/醫(yī)科院重點實驗室、上海市重大傳染病和生物安全研究院兼聘PI張榮團隊在微生物學專業(yè)期刊PLOS Pathogens上發(fā)表題為“Glycosylphosphatidylinositol biosynthesis functions as a conserved host defense pathway against coronaviruses via regulation of LY6E”的研究論文。該研究通過全基因組CRISPR/Cas9敲除篩選，結(jié)合多種冠狀病毒感染模型，首次鑒定發(fā)現(xiàn)糖基磷脂酰肌醇（GPI）生物合成通路是一種廣譜抗冠狀病毒的宿主防御機制，并通過后續(xù)功能驗證和機制探究，明確其通過調(diào)控下游關(guān)鍵效應(yīng)分子LY6E的表達與功能，有效抑制病毒入侵細胞。

研究人員在A549-ACE2和HeLa細胞上構(gòu)建了靶向人類所有編碼基因的CRISPR敲除細胞文庫，分別感染Beta屬冠狀病毒SARS-CoV-2、HCoV-OC43以及Alpha屬冠狀病毒PEDV。篩選結(jié)果顯示，除了已知的冠狀病毒限制性因子DAZAP2、PLSCR1、LY6E等外，GPI生物合成通路中的多個基因（如PIGA、PIGV、GPAA1等)在不同的篩選中均被顯著富集，提示其可能具有抗病毒功能。

圖1. CRISPR篩選鑒定出GPI生物合成通路是多種冠狀病毒感染的限制性因子

研究人員選擇了GPI通路中的三個關(guān)鍵基因（PIGA、PIGV、GPAA1）進一步實驗證實,敲除這些基因會顯著增強多種冠狀病毒的感染效率。機制研究表明，GPI生物合成通路主要通過影響病毒的入胞階段發(fā)揮作用。該通路缺失會顯著增強冠狀病毒Spike蛋白介導(dǎo)的膜融合過程，促進了病毒與內(nèi)體膜及質(zhì)膜的融合進入細胞。

GPI生物合成通路通過將其合成的GPI錨定結(jié)構(gòu)共價連接至特定蛋白，調(diào)控其亞細胞定位及功能。為尋找關(guān)鍵的下游抗病毒效應(yīng)分子，研究團隊構(gòu)建了靶向193個已知或預(yù)測的GPI錨定蛋白的聚焦型CRISPR敲除細胞文庫，利用四種冠狀病毒感染模型進行篩選。結(jié)果顯示，LY6E在所有篩選中均位列第一。進一步驗證表明，GPI生物合成通路缺失導(dǎo)致下游效應(yīng)分子LY6E無法錨定于細胞膜，其蛋白穩(wěn)定性與抗病毒功能幾乎完全喪失。

圖2. 聚焦型CRISPR篩選證實LY6E是關(guān)鍵的GPI生物合成通路下游抗病毒效應(yīng)分子

綜上，該研究鑒定發(fā)現(xiàn)了GPI生物合成通路是一種廣譜抗冠狀病毒的宿主防御機制，明確其通過調(diào)控下游的核心效應(yīng)分子LY6E來抑制Spike蛋白介導(dǎo)的膜融合過程，從而抑制病毒入胞。該研究深化了對病毒-宿主相互作用的理解，也為尋找廣譜抗冠狀病毒潛在靶點提供了新思路。

圖3. GPI生物合成途徑抑制冠狀病毒感染的分子機制模式圖

原文鏈接：https://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1013441