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重磅!蛋白质组助力新冠肺炎治疗方案

目前,新型冠状病毒(SARS-CoV-2)感染引起的新冠肺炎(COVID-19)仍在世界范围内持续爆发,而对于新冠肺炎的治疗,我们能用的疗法还非常有限。很大的原因在于,我们还没有比较清晰的了解到新型冠状病毒是如何影响细胞通路的,因此很难找到有效的治疗靶点。





蛋白质组学助力新冠肺炎治疗方案


5月14日,一篇使用蛋白质组解析新型冠状病毒(SARS-CoV-2)感染机制的研究发表在顶级期刊《nature》上,该文章利用蛋白质组学方法系统的阐明了SARS-CoV-2引起细胞发生紊乱和重塑的生物学通路,而且找到了多个关键通路的靶向抑制剂,可以显著抑制病毒在细胞中的复制。





重磅!蛋白质组助力新冠肺炎治疗方案


接下来,小编就带你一起探索这次的研究之旅~



01

细胞感染模型的构建



首先,研究人员用SARS-CoV-2感染人结肠上皮癌细胞Caco-2,培养24小时后显微镜下观察到细胞发生病变。且在24小时内随着感染时间的延长,细胞上清中病毒基因拷贝数不断增加。表明该SARS-CoV-2可以在Caco-2细胞内快速复制,可用于后续翻译组及蛋白质组的研究。


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图1. SARS-CoV-2在人细胞中的复制模型



02

翻译组研究



mePROD蛋白质组学是一种基于高分辨质谱仪联用新蛋白代谢标记(SILAC)和串联质量标签(TMT)两种标记方法,进行蛋白差异分析的组学方法。为了获得一种高效的方法确定SARS-CoV-2感染的时间分布,研究人员使用mePROD蛋白质组技术对SARS-CoV-2感染2h,6h,10h和24h的Caco-2细胞进行翻译组和蛋白质组的分析。翻译组和蛋白质组分别定量到2715和6382个蛋白质。与其它RNA病毒通过降低宿主的蛋白质合成增加自身病毒蛋白质的合成不同,SARS-CoV-2感染仅仅引起宿主微弱的翻译率改变。研究人员筛选出244个与病毒蛋白翻译变化趋势十分相似的宿主蛋白质,对这些蛋白质进行通路富集分析。主要显示为宿主的翻译相关过程显著增加,此外增加的还有剪接和碱基合成等过程。研究人员猜想使用宿主的翻译抑制剂是否可以对病毒的复制起到抑制作用。这里测试了两种翻译抑制剂,环己酰亚胺(翻译延长抑制剂)和依米汀(抑制40S核糖体蛋白S14)。在无毒浓度下,它们均显著降低SARS-CoV-2的复制能力。


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图2. SARS-CoV-2感染引起宿主细胞的翻译变化



03

蛋白质组研究



之后研究人员对SARS-CoV-2感染24小时内的宿主的蛋白质组变化进行分析,虽然感染早期只显示出微弱的变化,但24小时后,宿主蛋白质组发生了明显的改变,RNA修饰(如剪接体)和碳代谢受病毒感染有显著增加。研究人员尝试抑制剪接或糖酵解,研究其是否能够阻止SARS-CoV-2的复制。这里测试了靶向剪接因子SF3B117的剪接体抑制剂pladienolide B,和糖酵解限速酶己糖激酶的抑制剂2-脱氧-D-葡萄糖(2-DG),二者均在无毒浓度下,显示出显著的SARS-CoV-2复制抑制作用。


重磅!蛋白质组助力新冠肺炎治疗方案

图3. SARS-CoV-2感染分析揭示了病毒复制所必需的细胞途径


接着,为了找到更多的靶向抑制剂,与翻译组的分析类似,研究人员筛选出与病毒蛋白质在感染过程中的定量变化趋势类似的459个宿主蛋白质。对这些蛋白质进行GO分析,显著富集到核酸代谢途径,此外还富集到了蛋白质稳态过程中。研究人员猜想抑制核苷酸合成或者扰乱蛋白质的稳态是否可以抑制SARS-CoV-2的复制。这里测试了鸟苷核苷酸从头合成中的限速酶肌苷单磷酸脱氢酶(IMPDH)的抑制剂利巴韦林,和对蛋白质稳态进行扰动的AAA ATPase p97的小分子抑制剂NMS-873。均显示在低微极和临床可达到的浓度下可显著抑制SARS-CoV-2的复制。


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图4. 抑制由病毒感染引起改变的细胞通路可以阻止病毒复制







综上,在新冠肺炎治疗方法迫切需求的形势之下,该研究利用定量蛋白质组学技术,系统的阐述了在SARS-CoV-2感染过程中,细胞发生紊乱或重塑的生物通路。更为重要的是,该研究找到了多个关键途径的抑制剂,可以对SARS-CoV-2病毒的复制起到抑制作用,为新冠肺炎的治疗提供了新的潜在靶点。


可见,蛋白质组学在SARS-CoV-2感染机制的研究中起着不可或缺的关键作用,帮助我们对受到病毒感染影响的细胞通路进行系统的了解,并且可以助力我们找到可以用于疾病治疗的关键靶点。蛋白质组学是我们进行生物学研究的一大利器和法宝。






                                                                                                 

拜谱生物团队解读

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