2017年7月27日,国际微生物学知名期刊《PLOS Pathogens》在线发表了中国科学院武汉病毒研究所罗敏华课题组题为“Human cytomegalovirus IE1 downregulates Hes1 in neural progenitor cells as a potential E3 ubiquitin ligase”的研究论文,研究报道了HCMV感染致神经发育异常机制研究进展。研究发现HCMV感染通过下调NPCs关键因子Hes1蛋白水平而影响NPCs细胞命运。深入的机制研究揭示HCMV立即早期蛋白IE1具有潜在E3泛素连接酶功能,可促进底物Hes1的泛素化降解进而下调其蛋白水平。该研究鉴定了IE1为首个具潜在E3泛素连接酶功能的HCMV编码蛋白,为深入理解HCMV感染致病机制提供了新证据。武汉病毒所神经病毒课题组刘喜娟为第一作者,罗敏华、赵非和曾文波为通讯作者。

人巨细胞病毒HCMV(Human Cytomegalovirus)是一种在人群中广泛存在的病毒。先天性HCMV感染是最常见的出生缺陷的感染性病因,常导致胎儿神经发育异常。被感染的新生儿中,约10%在出生时表现出明显的出生缺陷、听力损伤症状。HCMV感染的主要靶标是胎脑的神经前体/干细胞NPCs,而NPCs的正常增殖、分化和迁移也是胎脑发育的关键。

先天性HCMV感染性疾病发现于1904年,病毒分离于1956年,但研究受制于其严格的种属特异性。罗敏华课题组经过长期积累,建立了人NPCs库,使该研究得以持续和深入。该组前期研究已经证明HCMV感染通过影响Notch信号通路导致NPCs异常分化(J Virol. 2015; 89:6792-804),但其对Notch通路关键下游效应因子Hes1的影响尚不清楚。博士研究生刘喜娟等通过研究发现:HCMV感染破坏NPCs中Hes1的正常表达节律并下调其蛋白水平,病毒立即早期蛋白IE1参与这一过程;IE1与Hes1具有直接相互作用,且表现出潜在的E3泛素连接酶功能促进Hes1蛋白泛素化,进而通过蛋白酶体途径降解,而这一系列过程需要IE1蛋白AA451-475区段;后续研究又鉴定了细胞抗病毒因子Sp100A为HCMV-IE1的E3泛素化连接酶功能的另一底物,但器泛素化过程与AA451-475无关。这一研究揭示了HCMV感染下调NPCs中Hes1蛋白水平可能是其致神经发育异常的潜在新机制,也发现了HCMV重要病毒蛋白IE1的新功能;最重要的是该研究鉴定了首个具潜在E3泛素连接酶功能的HCMV病毒蛋白,填补了HCMV及疱疹病毒研究的空白,为HCMV感染的临床干预提供了新的思路和靶点。

图:IE1作为E3酶促进Hes1泛素化需要AA451-475。A. IE1结构示意图。B. IE1与Hes1相互作用。C. IE1对Hes1半衰期的影响。D. IE1在细胞内促进Hes1泛素化。E. IE1在体外促进Hes1泛素化。F. IE1参与Hes1泛素化复合体的形成。

原文摘要:

Congenital human cytomegalovirus (HCMV) infection is the leading cause of neurological disabilities in children worldwide, but the mechanisms underlying these disorders are far from well-defined. HCMV infection has been shown to dysregulate the Notch signaling pathway in human neural progenitor Cells (NPCs). As an important downstream effector of Notch signaling, the transcriptional regulator Hairy and Enhancer of Split 1 (Hes1) is essential for governing NPC fate and fetal brain development. In the present study, we report that HCMV infection downregulates Hes1 protein levels in infected NPCs. The HCMV 72-kDa immediate-early 1 protein (IE1) is involved in Hes1 degradation by assembling a ubiquitination complex and promoting Hes1 ubiquitination as a potential E3 ubiquitin ligase, followed by proteasomal degradation of Hes1. Sp100A, an important component of PML nuclear bodies, is identified to be another target of IE1-mediated ubiquitination. A C-terminal acidic region in IE1, spanning amino acids 451 to 475, is required for IE1/Hes1 physical interaction and IE1-mediated Hes1 ubiquitination, but is dispensable for IE1/Sp100A interaction and ubiquitination. Our study suggests a novel mechanism linking downregulation of Hes1 protein to neurodevelopmental disorders caused by HCMV infection. Our findings also complement the current knowledge of herpesviruses by identifying IE1 as the first potential HCMV-encoded E3 ubiquitin ligase.

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