NS1 A key protein in the game between

这是一篇关于NS1 A key protein in the game between的思维导图。包含背景介绍、IAV与固有免疫、蛋白结构和病原性特征、蛋白在对抗硅油免疫的4种方式等。

NS1 A key protein in the game between influenza A virus and host in innate immunity

• 背景介绍 introduction
  • IAV含有8个RNA片段，与M1蛋白结合形成RNP
  • 病毒RNA复制过程
    • 这些核糖核蛋白复合体通过NP蛋白进入细胞核
    • 病毒RNA转录过程中需要从宿主mRNA前体的转录本中掠夺5'端的帽结构
    • PB1催化mRNA的合成和延长
    • 终末阶段，病毒通过病毒聚合酶增加poly A尾
  • NS1在病毒基因片段复制的时间及部分生物学功能
    • NS1 mRNA转录和蛋白质合成发生在病毒感染的早期——由于NS1可促进聚合酶复合体的活性
    • NS1 可结合真核翻译起始子eIF4G I，促进mRNA翻译
    • NS1在感染早期可对抗固有免疫反应，使得病毒在感染早期获得优势
  • IAV在感染机体时需要首先对抗机体的固有免疫，在固有免疫早期通过IFN系统发挥作用，NS1蛋白是该过程中对抗固有免疫的最主要的蛋白
• IAV与固有免疫
  • IFN干扰素激活过程
    • 流感病毒的5‘ ppp-dsRNA结构可作为PAMP，激活下游转录激活因子（IRF3、IRF7、NF-κB、AP1）
    • TLR3+dsRNA：通过TIR结构域招募TIRF，结合TRAF3/6，激活蛋白激酶TBK1/IKK-ϵ和IKK/IKK-β，最终IRF3、IRF7、NF-κB被激活，诱导I型干扰素生成
    • TLR7+dsRNA：与骨髓分化因子88（MyD88）相互作用，激活IRF7和NF-κB，调控高水平IFN-β、IFN-α转录
    • RLR，即RIG-I、MDA5、LGP，其中以RIG-I为主
      • RIG-I+dsRNA，CARD结构域暴露，RIG-I转移至线粒体，并与MAVS结合，，MAVS通过募TRAF激活蛋白激酶TBK-1和IKK-ϵ，使得IRF3/7磷酸化，活化的IRF3/7转移至细胞核，导致I型IFN的生成
  • IFN激活后发生的抗病毒信号通路
    • IFN+IFNAR，激活JAK-STAT信号通路及下游信号，诱导ISG生成
      • IFN与受体结合，JAK1和TYK2被磷酸化激活，STAT1在非激活状态下，通过其SH2结构域与受体结合后被JAK1磷酸化，并形成一个二聚体进入细胞核，这一过程导致了大量ISG的表达，包括Mxs、IFITM、PKR、OAS-RnaseL
• NS1蛋白结构和病原性特征
  • NS1蛋白结构特征
    • RBD RNA结合结构域，与dsRNA相互作用
    • ED 效应器结构域，增强NS1与dsRNA的协同作用，影响RBD定位
    • NLS 核定位信号，存在于RBD中，与输入蛋白α作用，帮助病毒穿过核膜
    • LR 连接区，影响RBD和ED的空间结构，影响病毒毒力和致病性
  • 基因突变
    • NS1蛋白基因突变可改变病毒的致病性、改变病毒蛋白对固有免疫的抵抗性，具体可见Table 1
  • NS1蛋白的翻译后修饰
    • 磷酸化修饰（+）
      • T215 可被蛋白激酶（CDK）或胞外的信号调节激酶（ERK）所磷酸化，可影响NS1的亚细胞定位、影响NS1的核定位
      • T49 在病毒复制晚期被磷酸化，T49在病毒的RBD区域，可影响病毒和dsRNA、TRIM25、RIG-I的结合能力，当T49被磷酸化后，对于NS-1依赖性干扰素活动的抑制作用被关闭了
      • S205 是H1N1流感病毒NS1蛋白6个氨基酸改变位点之一，其磷酸化可促进NS1-DDX21结合，并增强病毒聚合酶活性
    • 泛素化修饰（+）
      • 禽流感病毒H5N1中K219和K221位点的泛素化增强了蛋白的稳定性，促进了病毒复制
      • H1N1病毒K131位点的泛素化与病毒的快速复制有关
      • NS1蛋白的泛素化可使RNAPII穿透并进入下游外源基因和附近基因中，通过干扰RNAPII的终止，增强对宿主转录翻译的抑制作用
      • 当病毒感染宿主时，通常会发生TRIM28泛素化的减少，导致其抑制转录能力的下降，也使得干扰素防御系统被dsRNA激活。被流感病毒激发的TRIM28未能被泛素化，导致其对逆转录病毒抑制性降低，流感病毒感染期间，ERV的表达上调，刺激了对新感染源的抗病毒免疫反应
    • ISG修饰（-）
      • ISG化需要三酶级联反应，包括一个E1激活酶、E2结合酶、E3连接酶
      • 病毒蛋白的ISG化可干扰其定位酶和蛋白酶活性、干扰其与宿主蛋白或其他病毒蛋白的相互作用、干扰其自身的寡聚和空间结构或影响其他功能，最终导致病毒复制能力的降低，或改变宿主免疫状态
    • 乙酰化修饰（+）
      • K108R的去乙酰化突变导致WSN-H1N1流感病毒复制能力和毒力的下降
• NS1蛋白在对抗固有免疫的4种方式
  • 抑制干扰素生成
    • NS1抑制RIG-I信号通路
      • NS1可抑制TRIM25的寡聚，进而抑制RIG-I的激活（E96A/E97A突变使得NS1丧失了与TRIM25结合的能力，使得病毒复制减弱、IFN表达增强）
      • NS1可与Riplet结合，抑制其催化RIG-I的活化
      • NS1和直接与RIG-I的CARD2结构域相互作用。在RIG-I启动子中发现了一个CCAAT增强结合蛋白(C/EBPb)结合位点作为抑制因子。NS1作为C/EBPb-NS1复合体促进C/EBPb磷酸化并募集到RIG-I启动子中，对RIG-I具有负调控作用
    • NS1与细胞RNA和DNA结合阻断抗病毒基因的转录
      • NS1蛋白的RNA结合能力可能使NS1结合宿主蛋白，进而抑制IFN生成
      • NS1蛋白可以与转录活性基因的DNA结合，减弱其表达
        • NS1蛋白可与dsDNA非特异性结合，这种相互作用抑制了合成过程中转录机制的启动，从而在体外阻止了转录反应；在感染的细胞内，NS1抑制了Pol II对IFNB1外显子和启动子的募集作用
    • NS1蛋白间接调节RIG-I信号通路
      • NS1在感染过程中通过诱导泛素编辑蛋白A20间接调控RIG-I信号，A20可抑制IRF3介导的I型IFN和ISG的生成
      • NS1蛋白可诱导宿主细胞表达负向调节细胞炎症反应的MCPIP1，MCPIP1可通过其RNA酶活性降低RIG-I mRNA的表达，抑制IRF3的磷酸化、IFN和ISG基因的表达，最终促进流感病毒复制和增值能力的增强
  • 抑制宿主基因表达
    • NS1蛋白与CPSF30结合，阻断CPSF复合体与宿主pre-mRNA的结合，抑制mRNA的合成，同时二者的结合还可以抑制核质转运和宿主mRNA的剪接加工
    • F103L/M106I突变在多个病毒亚型中均有发生，增强了病毒抗IFN能力，导致病毒毒力的提升
    • NS1与NXF1/TAP、p15/NXT、Rael/mrnp41、E1B-AP5（与mRNA和核蛋白相互作用，帮助mRNA出核）形成抑制复合物，以此抑制成熟mRNA的输出
    • NS1还可与poly A链结合，阻止成熟mRNA的出核
  • 与ISGs相互作用
    • PKR 蛋白激酶R
      • 活化的PKR可在感染的细胞中通过磷酸化elF2a（真核翻译起始因子）抑制翻译和蛋白质的合成，包括病毒蛋白质
      • NS1 RBD 123-127残基能够与PKR结合，抵消了PKR的作用，因此PKR不能被激活。NS1和PKR连接区之间的相互作用使得PKR识别dsRNA或结合PACT的构象改变不能发生而导致其不能被激活。因此，NS1蛋白使得病毒能够逃避dsRNA和PACT通过PKR介导的翻译抑制
      • 流感病毒感染细胞后，能够激活p58IPK蛋白，该蛋白是PKR抑制剂
    • OAS-RNase L OAS-核糖核酸酶 L
      • OAS能够使病毒或细胞单链RNA水解，阻止病毒复制，这些降解的RNA产物可被RIG-I样受体识别，激活IFN的生成
      • NS1蛋白可通过RBD与OAS竞争结合dsRNA，进而抑制其激活
      • NS1蛋白的R38A突变使得病毒复制减弱，但在沉默或敲除RNase L后，病毒复制显著增强，表明OAS可抑制流感病毒的复制
    • 干扰素刺激基因15 ISG15
      • ISG15可以通过修饰许多病毒蛋白发挥广谱的抗病毒作用
      • 甲型流感病毒NS1蛋白的ISG化修饰阻止其形成同源二聚体，其中41位点（K41）赖氨酸的修饰破坏了NS1和输入蛋白α间的相互作用，进而阻止了NS1的核易位并使得病毒易受到干扰素攻击。当甲型流感病毒在被敲除ISG15的A549细胞中其复制能力增强
    • 锌指抗病毒蛋白
      • ZAP可抑制许多RNA病毒的复制
      • ZAP的活性可被NS1拮抗。NS1可抑制ZAP和其靶MRNA结合
  • 调节细胞凋亡
    • NS1相对于其他蛋白质更为独特，其不仅能够抑制细胞凋亡，而且能够促进它
    • NS1蛋白可通过I型干扰素依赖的机制，抑制细胞凋亡，NS1的表达依次抑制了p53和细胞凋亡的转录活动；NS1蛋白启动了在中早期感染阶段抗细胞凋亡的PI3k-Akt信号，保护细胞免于快速凋亡
    • NS1蛋白能够对抗MAVS介导的细胞固有凋亡。而H9N2亚型毒株相较于其他毒株，独特性在于，其NS1蛋白能够通过抑制FasL的诱导，进而抑制细胞非固有凋亡
    • NS1蛋白大多能够在病毒感染早期发挥抗凋亡作用。dsRNA可作为促细胞凋亡因子，而NS1蛋白可抑制NF-κB的活化和IFN-β的合成，同时PKR的活化也被抑制，因此细胞能够呈现出凋亡抑制的状态
    • NS1蛋白与细胞凋亡的关系较为复杂，其受到多种因素的影响，包括流感病毒类型和细胞类型
    • 而流感病毒诱导的淋巴细胞凋亡可能是病毒高致病性的重要机制（H5N1感染后出现的原发性肺炎）
• 结论