新城疫病毒M蛋白细胞核定位的分子机制及功能研究

The M protein is demonstrated to localize in the nucleus of Newcastle disease virus (NDV) infected cells through a bipartite nuclear localization signal (NLS). However, the molecular mechanism and definite function of M’s nuclear localization meidated by NLS are unclear. Previous studies have shown that in addition to the owned NLS in proteins possessing the nuclear localization characteristics, cellular nuclear transport receptor proteins are also involved in this process. We speculated that nuclear transport receptor proteins might participate in the functions of M protein in the nucleus. To verify this hypothesis, the nuclear transport receptor proteins related to M’s nuclear translocation were identified to clarify the molecular mechanism of the nuclear localization of M protein. Moreover, the deficiency of nuclear transport receptor proteins to the replication and pathogenicity of NDV and to the influence of differential expression genes screened by gene microarray in the nucleus of NDV-infected cells were also investigated to elaborate the functions of M’s nuclear localization. This project is important to reveal the molecular mechanism and function of the nuclear localization of NDV M protein, which will provide theoretical basis for further studying the roles of M protein in the replication and pathogenic mechanism of NDV.

M蛋白是新城疫病毒（NDV）感染细胞期间唯一能通过自身携带的核定位信号（NLS）进入细胞核的病毒蛋白，但NLS介导的M蛋白细胞核定位的分子机制及功能尚不清楚。大量的文献表明，具有核定位特征的蛋白质分子进入细胞核除了依赖自身携带的NLS，还需要细胞内核转运受体蛋白的参与。因此，我们推测核转运受体蛋白可能参与了M蛋白的细胞核定位及其功能的发挥。为证实该假说，本项目通过鉴定与M蛋白入核相关的核转运受体蛋白，研究核转运蛋白缺失对M蛋白细胞核定位的影响，阐明M蛋白细胞核定位的分子机制；研究核转运受体蛋白缺失导致M蛋白细胞核定位功能丧失对NDV复制和致病性的影响，以及通过基因芯片筛选并分析NDV感染后的细胞核内差异表达基因，综合解析M蛋白细胞核定位在NDV感染中的功能。项目研究结果对揭示NDV M蛋白细胞核定位的分子机制及功能具有重要意义，可为后续研究M蛋白在NDV复制和致病机制中的作用提供理论依据。

M蛋白是新城疫病毒（NDV）感染细胞期间唯一能通过自身携带的核定位信号（NLS）进入细胞核的病毒蛋白，但是M蛋白细胞核定位的分子机制及功能尚不清楚。本项目首先利用酵母双杂交技术从鸡胚成纤维细胞cDNA文库中筛选到核转运受体蛋白importin β1与NDV M蛋白存在相互作用，进一步的免疫共沉淀和pull-down技术证实两者在体内外均有相互作用，并且这种互作是通过M蛋白的NLS与importin β1的RanGTP区域（aa 336-433）结合。通过荧光共定位和洋地黄甘透化的HeLa细胞试验发现importin β1和RanGTP是M蛋白入核转运所必须的。另外，研究证实importin α5也可以通过与importin β1结合而与M蛋白发生相互作用，但是RNAi干扰importin β1蛋白的表达减少了M蛋白的核定位并且降低了NDV的复制能力和致病性，而干扰importin α5的表达却增加了M蛋白的核定位并且增强了NDV的复制能力和致病性。接着我们利用反向遗传学操作技术拯救M蛋白NLS突变体NDV，发现M蛋白NLS突变不仅降低NDV的基因组RNA合成和转录效率，而且减弱NDV的复制能力和致病性。通过转录组学分析发现亲本病毒和突变体病毒分别感染DF-1细胞后的6 h、12 h和18 h共有1515个和502个差异表达基因，主要涉及结合活性、催化活性、转录调节活性、分子功能调节和运送活性等细胞分子功能。在细胞转录调节活性相关差异表达基因中，亲本病毒和突变体病毒感染引起的差异表达基因分别有233个和86个，并且亲本病毒感染引起的转录调节活性上调差异表达基因主要与细胞转录抑制活性有关，而下调差异表达基因主要与DNA结合或RNA聚合酶Ⅱ转录因子活性及转录激活活性有关。进一步通过RNAi试验证实亲本病毒感染引起的差异表达基因上调和下调均有利于NDV基因组RNA合成和病毒的复制。本项目首次发现核转运受体蛋白importin α5和importin β1在NDV M蛋白细胞核定位以及病毒复制和致病性中的不同调节作用，并且证实M蛋白细胞核定位不进能促进NDV基因组RNA合成、提高NDV基因组转录效率以及病毒的复制能力，而且还具有抑制宿主细胞基因转录的功能。本项目为深入研究M 蛋白在NDV乃至其它副黏病毒复制和致病机制中的作用提供了参考。