人副流感病毒诱导的线粒体自噬及其调控先天免疫和病毒复制的机制

Mitophagy is one of the selective autophagy, which can degrade mitochondria via autophagy pathway. Our previous studies show that Human parainfluenza virus induces autophagy occurrence and subsequently blocks autophagosome-lysosome fusion, resulting in accumulation of autophagosomes and increase of viral replication （Ding et al., 2014, Cell Host & Microbe. Furthermore, we demonstrate that virus induces mitophagy,and viral matrix protein (M) first mediates mitophagy occurrence, and then phosphoprotein blocks autophagosome-lysosome fusion, resulting in accumulation of autophagosomes. This proposal will use cellular biology, virology and massspectroscope assay to identify novel mitophagy-related cellular proteins and elucidate molecular mechanism of M mediated-mitophagy, and to illustrate how the mitophagy regulate innate immune signal pathway and how the autophagsome regulate virions assembly and transportation. Moreover, we will build gene knockout and transgene mice to study autophagy-related gene functions in viral replciation in vivo. This study will deepen our understanding about viruses-induced autophagy and autophagosomes-mediated virus replication, and pave new avenues to develop novel antiviral drugs to control virus infection.

线粒体自噬是细胞选择性自噬的一种。我们前期的研究结果表明：人副流感病毒诱导了自噬发生且阻止了自噬体与溶酶体的融合，导致了自噬体不能被降解，增强了病毒复制（Ding et al., 2014）。随后，我们进一步证明病毒诱导了线粒体自噬：首先是由病毒的基质（M）蛋白介导了线粒体自噬的发生，然后病毒的磷酸蛋白抑制了自噬体与溶酶体的融合，导致了自噬体的累积。本项目将结合细胞生物学、病毒学和质谱方法，筛选鉴定与M蛋白相互作用的线粒体自噬相关蛋白，阐明M蛋白诱导线粒体自噬的分子机制；揭示线粒体自噬调控先天免疫信号和病毒粒子组装及运输的分子机制；并通过构建基因敲除和转基因小鼠，在动物水平研究线粒体自噬相关的靶标蛋白对病毒复制的影响。本项目的开展将深入揭示细胞自噬与病毒复制的关系，为抗病毒治疗提供理论基础。

本课题是在发现人副流感病毒诱导了自噬发生且阻止了自噬体与溶酶体的融合，导致了自噬体不能被降解，增强病毒复制（Ding e t al., 2014）的基础上，开展了病毒诱导线粒体自噬、调控先天免疫信号和病毒粒子组装及运输的分子机制的研究：我们利用免疫沉淀/质谱分析技术鉴定M蛋白相互作用复合体，构建了一系列M及靶标蛋白突变体，确认M和靶标的蛋白的相互作用及鉴定相互作用功能域及泛素化的能力；其次，通过RNA干扰技术，设计siRNA对靶标蛋白进行基因沉默，在细胞水平上解析了M蛋白突变体及靶标蛋白基因表达降低后对线粒体自噬调控的影响，然后再通过表达野生型及突变的靶标蛋突变体进行功能回复分析，从而进一步确认M蛋白通过和细胞蛋白互作调控线粒体自噬的特异性；在此基础上，进一步明确了线粒体自噬干扰先天免疫信号通路的分子机制，从而调节先天免疫的机理，也进一步澄清了病毒感染诱导的自噬体累积调节了病毒粒子组装和运输，并分析了自噬相关靶标蛋白的功能。这些结果不仅对病毒和宿主细胞相互作用的研究做出了贡献，而且提出的病毒聚合酶劫持SNARE蛋白（调节细胞内的膜融合）功能的概念，为研究病毒阻断细胞内的膜融合提供了全新的方向（Cell Host & Microbe. 2017：第一标注)。这是首次证明病毒蛋白可以作为线粒体自噬受体，促使自噬体对健康线粒体的包裹、诱导线粒体自噬的发生，从而破坏干扰素的抗病毒反应。这一结果不仅对病毒和宿主细胞相互作用的研究做出了贡献，而且提出的病毒聚合酶劫持SNARE蛋白（调节细胞内的膜融合）功能的概念，为研究病毒阻断细胞内的膜融合提供了全新的方向。在课题执行的五年期间，我们共发表 SCI 论文17篇：包括：IF>10 的期刊发表4 篇（1-篇Cell Host & Microbe. 2017；一篇Autophagy. 2019; 一篇Protein & Cell. 2020; 一篇Signal Transduct Target Ther）；3篇PLoS Pathogens（2018a; 2018b; 2021）；2篇Journal of Virology（2021; 2017）。培养博士生9人，硕士生：4人。