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探索新冠新療法,蛋白質組學在行動

發布:賽默飛世爾科技(中國)有限公司
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近期,來自法蘭克福大學醫學病毒學研究所和歌德大學醫學院團隊利用一種新穎的蛋白質組學方法對新冠病毒進行研究,加速確證病毒致病性相關的生物途徑以及尋找潛在的藥物靶標,提出新冠治療新療法。


治療選擇·細胞層面理解

從2019年底由SARS-CoV-2(2型嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒)引起的新型冠狀病毒疾病(COVID-19)具有高傳染性,該病已發展至全球大流行。全球迫切需要開發抑制病毒感染或復制的療法。SARS-CoV-2與其他冠狀病毒有相似之處,所以目前主要通過對已用于其他適應癥的藥物庫進行高通量篩選,鑒定出許多臨床上認可的藥物,但卻缺乏對SARS-CoV-2感染的治療選擇和細胞層面理解。

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莫慌,科學家正在積極行動!


法蘭克福大學醫學病毒學研究所的Jindrich Cinatl教授和歌德大學醫學院的Christian Münch教授團隊發表最新研究中,建立感染SARS-CoV-2的Caco-212細胞模型,運用一種新穎的多重增強蛋白質動力學(multiplexed enhanced protein dynamicsme, mePROD)方法進行蛋白質組學分析,能夠在高時間分辨率下確定轉錄組和蛋白質組的變化,加速確證病毒致病性相關的生物途徑以及尋找潛在的藥物靶標。


接下來,小編帶你一起探索病毒研究之旅


一、構建細胞感染模型


想要開展該研究的重點取決于兩點

01 是否有合適的允許病毒感染的細胞培養模型;

02 對蛋白質進行時間感染特征分析的敏感蛋白質組學方法。


該研究建立針對SARS-CoV-2高度兼容的細胞模型,在病毒感染24小時后就能迅速見到細胞致病作用 (圖1A)。在病毒感染細胞后的2h、6h、10h和24h,分別用定量PCR技術測量上清液中的病毒RNA拷貝數,發現感染后SARS-CoV-2 RNA數量不斷增加(圖1B)。這表明模型可以用于研究細胞中SARS-CoV-2。

圖1.  SARS-CoV-2 在細胞內快速復制模型。A, 病毒感染24小時后的細胞形態變化;  B, 細胞上清液中病毒RNA拷貝數的增加.jpg

圖1.  SARS-CoV-2 在細胞內快速復制模型。A, 病毒感染24小時后的細胞形態變化;  B, 細胞上清液中病毒RNA拷貝數的增加。


二、翻譯抑制劑防止SARS-CoV-2病毒復制


建立好模型,研究人員需要利用一種高效的方法確定SARS-CoV-2感染的時間分布,這時候mePROD蛋白質組學方法應運而生,即基于Orbitrap高分辨質譜儀聯用新蛋白代謝標記(SILAC)和串聯質量標簽(TMT)兩種標記方法,進行蛋白差異分析。

圖2. mePROD蛋白質組學實驗流程.jpg

圖2. mePROD蛋白質組學實驗流程

抑制宿主翻譯先前已被用作治療MERS-CoV等多種冠狀病毒感染性疾病。與其他病毒抑制宿主蛋白的合成從而增加病毒蛋白的合成不同,該方法挖掘數據表明SARS-CoV–2僅引起宿主翻譯能力的微小變化,作者推測SARS-CoV-2復制可能對翻譯抑制更為敏感。通過測試了兩種翻譯抑制劑,即環己酰亞胺(cycloheximide, 翻譯延伸抑制劑)和曲美汀(emetine, 抑制40S核糖體蛋白S14)。在無毒濃度下,兩個化合物均對SARS-CoV-2復制產生了顯著抑制作用從而發現翻譯抑制劑是細胞中SARS-CoV-2復制的有效抑制劑。

圖3. 環己酰亞胺和曲美汀對病毒復制的抑制作用.jpg

圖3. 環己酰亞胺和曲美汀對病毒復制的抑制作用


三、發現潛在的抗病毒靶標


重點來了,通過前期蛋白質組學大數據挖掘,目前一張藍圖已展現在眼前,下一步的重中之重就是探究與病毒蛋白共同增加的宿主蛋白,從而尋求潛在的SARS-CoV-2復制抑制劑。


作者分析了與病毒蛋白變化趨勢相似的蛋白,在數據中富集的代謝途徑主要由不同的核酸代謝子途徑組成。基于此,研究者測試核苷酸合成抑制劑對細胞中SARS-CoV-2復制的影響,高達10 μM的布雷奎納(brequinar,抑制雙氫乳清酸脫氫酶并不具有抗病毒的作用。相比之下,低濃度下的利巴韋林(ribavirine,抑制肌苷一磷酸脫氫酶)即可抑制SARS-CoV-2復制(圖4C),這表明利巴韋林是可以進行進一步檢測的候選藥物。


此外,與蛋白質折疊相關的蛋白變化與病毒蛋白質較為一致,p97是AAA家族的六聚體ATPase酶,也是真核生物最豐富的蛋白之一,通過調節蛋白的穩定性來執行一系列生物學功能,參與膜融合、蛋白降解等過程。測試p97的小分子抑制劑NMS–873對SARS-CoV-2復制的影響。研究表明,NMS–873在低納摩爾濃度下即可完全抑制SARS-CoV–2(圖4D)。

圖4. 核酸代謝相關的蛋白水平與病毒基因表達相關。A, 病毒蛋白隨感染時間的變化;B, 宿主蛋白與病毒蛋白關聯的GO分析;C, D, Ribavirin和NMS–873的抗病毒實驗。.jpg

圖4. 核酸代謝相關的蛋白水平與病毒基因表達相關。A, 病毒蛋白隨感染時間的變化;B, 宿主蛋白與病毒蛋白關聯的GO分析;C, D, Ribavirin和NMS–873的抗病毒實驗。


結論


全球對于病毒高效治療方案的需求非常緊迫,深入了解病毒機理及致病性相關的生物途徑變得非常關鍵。


定量蛋白質組學是病毒機理研究的主要手段之一,文中提及的mePROD蛋白質組學研究方案均基于Orbitrap組學金標準技術,能夠提供超高分辨率和靈敏度,可為病毒蛋白質組學研究者所面臨的挑戰“樣本基質復雜、蛋白質鑒定數量不足、假陰性/假陽性結果”提供強大的技術保障。


小編相信隨著全球科學家不斷努力,一定能快速找到克服病毒 藥物及療法,幫助世界遠離病毒侵害,此役必勝!

參考文獻:

SARS-CoV-2 infected host cell proteomics reveal potential therapy targets, DOI:10.21203/rs.3.rs-17218/v1

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2020-03-27 11:15:19
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