利用反向遗传学技术发现寨卡病毒的关键神经毒力位点

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基本信息

项目摘要

The outbreak and prevalence of Zika virus (ZIKV) has become a public health emergency since 2016. As a classical neurotropic virus, ZIKV infection in human can lead to severe neurological complications, such as microcephaly in fetus and Guillain-Barré syndrome in adults, whereas the pathological mechanisms behind these diseases remains unclear. Recently, we have successfully isolated several ZIKV strains from the Pacific islands and the Americas, and established the neurovirulence animal models in fetal and neonatal mice. In this project, we aim to develop the neurovirulence model in non-human primate (NHP) model, and investigate the replication dynamics of ZIKV in the central nervous systems as well as the neuropathological damage in ZIKV-infected brains by using the fetus, neonatal mice and NHP model systematically. Then, the differences in the neurovirulence and other important biological phenotypes of various ZIKV strains belonging to different evolutionary clades will be compared comprehensively with the established models. Furthermore, the potential determinants of ZIKV neurovirulence will be predicted based on sequence comparison and phylogenetics analysis. Using reverse genetics approaches, mutations corresponding to the potential neurovirulence determinants will be introduced into the infectious clone of ZIKV strain FSS13025 and GZ01, respectively, and a series of virus mutants will be generated and their neurovirulence will be tested using different animal models, and the corresponding critical determinants of viral neurovirulence will be identified. At last, by a combination of multiple biochemical and virological technologies, the molecular mechanism how the determinants influence viral neurovirulence and microcephaly will be revealed. Our project will reveal a panel of novel neurovirulence determinants and the relevant attenuation mechanisms, which would be important clues for the understandings of the connections between the evolution of ZIKV neurovirulence, ZIKV prevalence and the emergence of microcephaly. Our project will also provide reliable animal models for the investigation of ZIKV pathogenicity and the safety evaluation of ZIKV vaccine candidates.
寨卡病毒是一种典型的嗜神经病毒,感染后可导致小头畸形严重神经系统疾病,但其致病机制尚不十分清楚。去年寨卡疫情暴发以来,我们成功分离获得了多株不同来源的寨卡病毒,利用建立的胎鼠和乳鼠动物模型发现当前流行株的神经毒力远强于早期分离株。本研究将进一步建立基于恒河猴的神经毒力模型,明确寨卡病毒在颅内的复制动力学及其导致神经系统损伤的特征;系统比较不同进化地位的寨卡病毒分离株在不同动物模型神经毒力的差异,结合生物信息学预测潜在的关键毒力位点;进一步通过反向遗传学技术构建一系列病毒突变体,发现和鉴定决定病毒神经毒力的关键位点;综合运用多种技术手阐明相应关键位点影响病毒神经毒力的作用机制。本项目可为寨卡病毒致病机制研究以及疫苗安全性评价提供可靠模型,同时有望发现全新的毒力位点与减毒靶标,对于深刻理解寨卡病毒的暴发流行与毒力进化具有重要的科学意义。

结项摘要

2015年南美暴发的寨卡疫情被WHO宣布为国际突发的公共卫生事件。此次疫情伴随出现大量的新生儿小头畸形病例,提示寨卡病毒可能具有更强的侵染神经系统的能力,解析其独特的致病机制成为亟需解决的关键科学问题。本项目重点围绕寨卡病毒的神经毒力特征开展研究,旨在建立包括胎鼠、乳鼠、成鼠在内的系统的神经毒力评价模型,在此基础上结合系统进化和序列比对结果,预测与寨卡病毒神经毒力相关的关键位点,进一步利用反向遗传学技术等手段,构建获得了携带相应突变的重组病毒株,通过与亲本病毒进行体外和体内生物学特性比较,鉴定出影响寨卡病毒神经嗜性和致病性的关键位点,并结合生化和病毒学多种技术手段,对相应关键位点影响病毒神经毒力的分子机制进行了深入探讨。本项目取得了如下三方面的重要发现:1)发现了一系列位于病毒结构蛋白和非结构蛋白中影响神经毒力(K101R)、复制效力(N8)和垂直传播能力(M2634V)的关键氨基酸位点,初步明确了上述位点发挥相应生物功能的作用机制;2)鉴定获得了寨卡病毒基因组3’非编码区中影响病毒复制的关键功能元件(DB12和RCS3),初步阐明其分别通过改变RNA结构的紧密度和sfRNA的产生来影响病毒RNA的复制;3)发现了寨卡病毒3’非编码区的关键神经毒力元件Musashi1结合基序,并成功实现了利用该元件调控病毒神经毒力。上述研究结果对于深刻理解寨卡病毒暴发流行和毒力进化具有重要的科学意义,发现的全新毒力位点有望成为疫苗设计的减毒靶标。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
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专利数量(0)
The evolution of Zika virus from Asia to the Americas
寨卡病毒从亚洲到美洲的演变
  • DOI:
    10.1038/s41579-018-0134-9
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Nature Reviews Microbiology
  • 影响因子:
    88.1
  • 作者:
    Liu Zhong-Yu;Shi Wei-Feng;Qin Cheng-Feng
  • 通讯作者:
    Qin Cheng-Feng
寨卡病毒蛋白结构与功能研究进展
  • DOI:
    10.13344/j.microbiol.china.180307
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程梦丽;李晓峰;秦成峰
  • 通讯作者:
    秦成峰
Long non-coding subgenomic flavivirus RNAs have extended 3D structures and are flexible in solution
长非编码亚基因组黄病毒 RNA 具有扩展的 3D 结构,解决方案灵活
  • DOI:
    10.15252/embr.201847016
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    EMBO Reports
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Zhang Yupeng;Zhang Yikan;Liu Zhong-Yu;Cheng Meng-Li;Ma Junfeng;Wang Yan;Qin Cheng-Feng;Fang Xianyang
  • 通讯作者:
    Fang Xianyang
Zika NS1-induced ER remodeling is essential for viral replication
Zika NS1 诱导的 ER 重塑对于病毒复制至关重要
  • DOI:
    10.1083/jcb.201903062
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    The Journal of Cell Biology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ci Yali;Liu Zhong-Yu;Zhang Na-Na;Niu Yuqiang;Yang Yang;Xu Caimin;Yang Wei;Qin Cheng-Feng;Shi Lei
  • 通讯作者:
    Shi Lei
A single residue in the alphaB helix of the E protein is critical for Zika virus thermostability
E 蛋白 alphaB 螺旋中的单个残基对于寨卡病毒的热稳定性至关重要
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Emerg Microbes Infect
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Dong-Yang Xie;Zhong-Yu Liu;Qing-Gong Nian;Ling Zhu;Nan Wang;Yong-Qiang Deng;Hui Zhao;Xue Ji;Xiao-Feng Li;Xiangxi Wang;Pei-Yong Shi;Cheng-Feng Qin
  • 通讯作者:
    Cheng-Feng Qin

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其他文献

登革2 型病毒衣壳蛋白在哺乳动物
  • DOI:
    10.1016/j.energy.2018.08.153
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  • 期刊:
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  • 发表时间:
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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    --
  • 期刊:
    解放军医学杂志
  • 影响因子:
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  • 作者:
    秦鄂德;刘然;秦成峰
  • 通讯作者:
    秦成峰

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具有抗炎和抗病毒双重作用的mRNA抗体组合
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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