Perturbation of Cellular Translation and RNA Metabolism by SARS-COV-2 Nucleoprotein Phase Separation

SARS-COV-2 核蛋白相分离对细胞翻译和 RNA 代谢的干扰

基本信息

  • 批准号:
    10516080
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 7.83万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-11-01 至 2023-10-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This proposal will investigate the role severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) N protein phase separation in disrupting cellular translation and RNA metabolism. N protein phase separation creates membraneless organelles and concentrates RNAs in a droplet (dense) phase. While N protein is responsible for encapsidation of the viral genome, N protein also binds hundreds of host messenger RNAs, some of which are necessary for translation and nonsense-mediated decay (NMD). NMD targets diverse families of RNA viruses for RNA decay, including betacoronaviruses, and the N protein from Murine hepatitis virus (MHV) interferes with NMD during the early stages of infection. Since NMD targets 10% of cellular transcripts for degradation, inhibition by N protein likely has profound effects on the host cell transcriptome. While the mechanism underlying the inhibition of NMD by N protein remains unclear, phase separation and translational repression by N could be a predominant factor. The cellular proteins FUS and C9orf72 arginine- rich dipeptide repeats are known to phase separate, repress translation, inhibit NMD, and are associated with Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) disease progression. Viral proteins, including N protein, may repress the translation of transcripts necessary for the co-translational NMD pathway, potentially shaping the host transcriptome in a way that favors virus replication. Recent work has shown that SARS-CoV-2 infection induces high expression of inflammatory cytokines but fails to mount a robust interferon response. The underlying factors driving these transcriptional responses remain unknown; however, N protein could provoke this response by interfering with NMD and blocking post-transcriptional regulation. This project will use transcriptome-wide ribosome profiling (Ribo-seq) to identify cellular transcripts that are translationally repressed by N protein. Previously identified NMD targets will be examined to determine if translational repression confers NMD-resistance. Phase-separation deficient N mutants will be expressed in parallel to determine whether phase separation is the driving force in translation and NMD inhibition. Finally, the results generated from this study will be cross-referenced with published RNA-seq datasets from SARS-CoV-2 infected cells to determine the extent that N protein contributes to the large-scale changes in gene expression during infection. These findings will better our understanding of the virus-host interactions that take place during SARS-CoV-2 infection and will support on-going vaccine and antiviral development, especially N-based approaches.
该建议将研究严重急性呼吸综合症冠状病毒2(SARS-COV-2)N蛋白相分离在破坏细胞翻译和RNA代谢中的作用。 N蛋白相分离会产生无膜细胞器,并在液滴(致密)相中浓缩RNA。尽管N蛋白负责封装病毒基因组,但N蛋白也结合了数百个宿主Messenger RNA,其中一些是翻译和胡说八道介导的衰减(NMD)所必需的。 NMD靶向RNA病毒的各种家族用于RNA衰减,包括betacoronaviruses,以及在感染的早期阶段,来自鼠肝炎病毒(MHV)的N蛋白会干扰NMD。由于NMD靶向10%的细胞转录本以降解,因此N蛋白的抑制作用可能对宿主细胞转录组具有深远的影响。尽管N蛋白对NMD抑制的基础机制尚不清楚,但N相分离和n的平移抑制可能是主要因素。已知细胞蛋白FUS和C9ORF72精氨酸 - 富二肽重复序列可以分开,抑制翻译,抑制NMD,并与肌萎缩性侧面硬化症(ALS)疾病进展有关。病毒蛋白(包括N蛋白)可能会抑制共同翻译NMD途径所需的转录本的翻译,从而可能以有利于病毒复制的方式塑造宿主转录组。最近的工作表明,SARS-COV-2感染诱导炎症细胞因子的高表达,但无法安装强大的干扰素反应。推动这些转录反应的基本因素仍然未知;但是,N蛋白可以通过干扰NMD并阻止转录后调节来引起这种反应。该项目将使用整个转录组核糖体分析(Ribo-Seq)来识别N蛋白翻译抑制的细胞转录本。将检查先前确定的NMD目标,以确定翻译抑制是否赋予NMD抗性。相分离不足的n突变体将平行表达,以确定相位分离是否是翻译和NMD抑制的驱动力。最后,这项研究产生的结果将与来自SARS-COV-2感染细胞的RNA-Seq数据集进行交叉引用,以确定N蛋白有助于感染过程中基因表达的大规模变化的程度。这些发现将更好地理解SARS-COV-2感染期间发生的病毒宿主相互作用,并将支持正在进行的疫苗和抗病毒药发育,尤其是基于N的方法。

项目成果

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