Beclin1调节宿主抗病毒天然免疫及其影响人类冠状病毒复制分子机制

Host cells have developed strategies to inhibit or block virus infection through the host antiviral innate immune response. During their co-evolution with hosts, viruses have acquired elaborate strategies to evade, counteract and sometimes co-opt protective mechanisms of host cells. However, the molecular mechanisms that host cells evade or block the infection of human coronavirus through complex signaling pathways of host innate immunity still remain unclear. Our previous research found that autophagy-associated protein, Beclin1, negatively regulates host innate immunity and has some effects on coronavirus replication. However, the functional interaction between regulation of innate immunity and coronavirus replication of Beclin1 remains poorly understood. In this project, we hypothesis a new mechanism that Beclin1 modulates the replication of CoV through regulating the innate immunity. We propose: (i) to determine if Beclin1 modulates the IFN-β expression pathway, (ii) to uncover how Beclin1 regulates the innate immunity pathway mediated by TLR/RIG-I, (iii)to study the interaction between Beclin1 and PLP, and (iii) to determine the effect of Beclin1 on the replication of human CoV NL63 and the related mechanisms. This project would provide beneficial information for further understanding about the multiple mechanisms utilized by the host to regulate the antiviral innate immunity.

冠状病毒(CoV)是人类呼吸道感染的重要病原。宿主在进化过程中形成了复杂抗病毒天然免疫机制。目前对宿主抗冠状病毒天然免疫调节机制还不清楚。前期研究发现，细胞自噬调节蛋白Beclin1通过与冠状病毒PLP蛋白酶相互作用调节抗病毒天然免疫进而影响冠状病毒复制。目前对Beclin1调节抗病毒天然免疫及其影响人类冠状病毒复制分子机制还不清楚。针对这一科学问题，本项目提出"Beclin1通过负调节宿主抗病毒天然免疫促进冠状病毒复制"的科学设想，拟采用分子生物学和免疫技术深入研究：Beclin1对细胞干扰素抗病毒天然免疫调节作用及机制； Beclin1与PLP相互作用调节抗病毒天然免疫及其机制；Beclin1对人类冠状病毒感染与复制影响及其分子机制。项目对阐明宿主抗病毒天然免疫调节新机制和发现新型抗病毒干预措施有重要理论意义。

本项目通过四年实施，系统研究了细胞自噬调节蛋白beclin1调节抗病毒天然免疫的作用及机制，完成了研究内容，取得了一些重要发现和成果。本研究通过一系列实验发现，beclin1能够对病毒感染后IFNβ抗病毒天然免疫反应发挥负调控作用，是宿主编码的新型抗病毒天然免疫调节蛋白。第一，beclin1能够抑制模式识别受体RIG-I介导的IFNβ表达信号通路，抑制该通路中IFNβ、NF-κB、PRD III-I启动子的活性；beclin1基因的CCD (aa144-269)、ECD (aa269-337)以及TRAF相互作用结构域(aa54-58)缺失突变体对IFNβ表达信号通路的负调控作用不甚明显。第二，beclin1可以抑制模式识别受体cGAS介导的IFNβ表达信号通路，而beclin1基因的ΔCCD、ΔECD以及Δ54-58突变体的抑制作用均不明显。第三，beclin1负调控干扰素抗病毒天然免疫反应的机制与RIG-I/cGAS-STING信号通路相关。Beclin1能够显著抑制STING、TBK1、IRF3激活的IFN表达，与STING、PLP蛋白酶形成蛋白质相互作用复合体；beclin1的ΔCCD、ΔECD以及Δ54-58突变体未能与STING发生相互作用，并且未表现出显著的干扰素抑制作用，可能是beclin1负调控干扰素抗病毒天然免疫的关键结构域。第四，病毒感染细胞实验发现，beclin1促进了细胞内冠状病毒PEDV的复制，使PEDV M蛋白的表达水平显著增高，这可能是beclin1促进宿主细胞自噬与负调控宿主干扰素天然免疫两种作用博弈的最终表现。本项目在实施过程中，还发现了一类新型干扰素抗病毒天然免疫调控蛋白MCPIP1。MCPIP1是由zc3h12a基因编码的锌指蛋白，在淋巴组织高水平表达。本研究发现，第一，MCPIP1可以负调控细胞内RIG-I、STING、IPS1、TBK1、IRF3活化的IFNβ表达，抑制IFNβ、NF-κB、PRD III-I启动子的活性。第二，MCPIP1负调控IFNβ抗病毒天然免疫的作用机制与TRAF3信号通路有关，能够与TRAF3-TBK1-IKKε复合体发生相互作用，破坏TRAF3与TBK1之间的相互作用。本项目的研究成果将为发现宿主来源的抗病毒天然免疫调控靶标、阐释宿主细胞调节抗病毒天然免疫的多重机制、拓展抗病毒治疗的理念和途径提