【修饰专栏】Nature重磅|磷酸化组揭示寨卡病毒致大脑病变机制

不知大家还记得闻风丧胆的寨卡病毒（Zika virus,ZIKV）爆发吗？2016年巴西奥运会前，寨卡病毒在南美洲大规模爆发，随后迅速扩散至40多个国家，成为了全球紧急的公共卫生事件。近两年，ZIKV在东南亚、南美等地区仍流行，已造成数百万人感染。更为重要的是，其感染能引起严重的胎儿小头畸形和格林巴氏综合症，因此ZIKV感染已然成为全球关注的健康问题。直到目前为止，人们对于该病毒是如何引发胎儿严重脑部异常的机制仍不清楚。

2018年9月，来自德国的研究团队在顶级期刊《Nature》上以LETTER形式发文，该文利用磷酸化组、蛋白组学的方法，表征了细胞对病毒感染的反应；同时利用互作蛋白质组学方法，鉴定了ZIKV蛋白的细胞靶标，并基于几个组学数据的分析与验证，最终提出了寨卡病毒致大脑病变的机制见解。

研究路线与结果

1. 病毒蛋白与宿主蛋白的相互作用组研究。

作者使用改造的ZIKV病毒（HA标记ZIKV病毒蛋白）和对照病毒（HCV）感染人SK-N-BE2成神经细胞瘤细胞，随后进行病毒-宿主细胞相互作用组学研究（图.1）。研究结果一共鉴定出386种与ZIKV病毒蛋白特异性结合的蛋白质，并产生了484种可信度较高的相互作用（图.2），其中发现了许多病毒宿主结合的新配偶体，包括参与神经元发育的细胞蛋白和信号通路的成分。

图1（左）.ZIKV病毒蛋白与宿主细胞蛋白相互作用组学流程图

图2（右）.ZIKV病毒蛋白与宿主细胞蛋白相互作用网络图

2. 神经细胞分化前后，病毒感染对宿主细胞蛋白表达和修饰表达水平的调节。

在胎儿发育的早期阶段，ZIKV主要影响神经元前体细胞(NPC)，导致小头畸形和其他神经发育损伤。为深入了解ZIKV感染细胞引发的蛋白及其修饰变化，作者使用人源诱导的多能干细胞衍生的神经元分化模型，并利用蛋白组、磷酸化蛋白质组学，分析hNPCs在分化为神经元期间，病毒感染或病毒蛋白过NS4B表达的细胞中，所有蛋白质在表达水平和修饰水平的变化（如图.3）。研究结果表明，在ZIKV感染后，1216个磷酸化位点发生特异性上调或下调，进一步分析表明，病毒对基本信号通路如AKT，MAPK-ERK和ATM-ATR进行了深度调节，提示ZIKV感染引起的这些通路变化可能是引发细胞增殖停滞的潜在机制。

3. 为了进一步评估新鉴定的宿主因子与病毒感染的相关性，作者基于病毒在蛋白质组、磷酸化组、相互作用组的结果，挑选了一些细胞靶标进行shRNA敲减，并评估了其对病毒复制的影响，研究最终鉴定了CEND1, CLN6, CHP1, LMOD3 等17个宿主因子对ZIKV复制是必需的。

图5.shRNA筛选鉴定潜在的ZIKV宿主依赖性因子

小编总结

本文是一篇顶级水平文章，其研究思路简洁清晰，值得我们去学习。

首先，作者利用互作组学寻找病毒-宿主蛋白的互作关系，这能提供病毒蛋白直接作用且可能致病的方式。其次，作者利用蛋白、磷酸化组学的定量分析，重点寻找磷酸化修饰差异的蛋白和位点，这能提供病毒致病的可能作用的宿主细胞通路。而把这两个组学数据结合筛选出的宿主因子，具有被病毒直接调控且介导病毒感染的重要作用。最后，作者对其进行敲减的验证，也证明了其潜在重要作用。因此，该文章我们提供了一个病毒感染细胞的全面框架，对于系统理解ZIKV诱导的蛋白质及其修饰变化及致病机制具有重要的帮助。

值得一提的是，本文的亮点是把前沿的互作组学与修饰组学结合，同时发现了许多重要而关键的新的宿主因子，非常具有创新性。这也充分显示了修饰、蛋白等组学对于介导新机制发现的重要性。

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