Cell:病毒与人类宿主之间的蛋白-蛋白相互作用图谱

邓文龙

Cell：系统性构建出病毒与人类宿主之间的蛋白-蛋白相互作用图谱

2019-09-07 06:42

2019年9月7日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国哥伦比亚大学的研究人员利用一种计算方法绘制出所有已知感染人类的病毒与它们感染的宿主细胞之间的蛋白-蛋白相互作用图谱。这种方法及其产生的数据已给出了大量关于病毒如何操纵它们感染的宿主细胞和引起疾病的信息。这项研究的发现包括雌激素受体在调节寨卡病毒感染中的作用和人乳头瘤病毒（HPV）如何导致癌症。相关研究结果于2019年8月29日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“A Structure-Informed Atlas of Human-Virus Interactions”。论文通讯作者为哥伦比亚大学医学中心的Sagi Shapira博士和Barry Honig博士。

对病毒如何发挥作用的有限理解

在分子水平上，病毒侵入细胞并操纵细胞进行复制、存活并引发疾病。鉴于它们依赖于人体细胞完成它们的生命周期，因此病毒利用细胞功能的一种方式是通过宿主细胞内的蛋白-蛋白相互作用。类似地，细胞通过启动控制和限制病毒复制的免疫应答来对病毒感染作出反应 ，这也依赖于蛋白-蛋白相互作用。

图片来自Sagi Shapira, PhD, Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons。

迄今为止，已经投入了大量精力来鉴定这些关键的相互作用---这些努力中的一些产生了许多基本发现，其中的一些基本发现具有治疗意义。然而，传统方法在可扩展性、效率甚至获取方面受到限制。为了应对这一挑战，Shapira博士及其合作者开发并执行了一个计算框架---P-HipsTer，它可推导病毒性病原体蛋白和人类蛋白之间的相互作用。

到目前为止，我们对许多感染人类的病毒的了解仅限于它们的基因组序列。然而对于大多数病毒来说，在病毒感染并引发疾病的内在生物学相互作用方面取得的发现还是比较少的。

Shapira博士说，“有1000多种独特的病毒可以感染人类。然而，尽管它们具有无可置疑的公共卫生重要性，但是我们对它们中的绝大多数都知之甚少。我们仅知道它们会感染人体细胞。这项新研究的想法就是系统性地编制病毒与它们感染的宿主细胞之间的相互作用目录。通过这样做，我们也会揭示一些非常有趣的生物学现象，并为科学界提供了一种资源，这样人们就能够利用这种资源自我进行有趣的观察。”

作为一种新的算法，P-HIPSTer利用蛋白结构信息系统性地和非常准确地研究了病毒和人类宿主之间的蛋白-蛋白相互作用。Shapira博士及其合作者将P-HipsTer应用于所有1001种感染人类的病毒及其编码的大约13000种蛋白。这种算法预测了大约280000种可能的蛋白-蛋白相互作用，它们代表了人类和病毒之间的蛋白-蛋白相互作用的综合目录，准确率接近80％。

寨卡病毒、HPV和病毒进化

除了确定人类和病毒之间的蛋白-蛋白相互作用外，P-HipsTer还在寨卡病毒和HPV以及病毒在塑造人类遗传学中的影响方面提供了新的生物学见解。

在这些研究发现中，这些研究人员发现寨卡病毒与雌激素受体相互作用，其中雌激素受体是一种允许细胞有效地对雌激素作出反应的蛋白。重要的是，他们发现雌激素受体具有抑制寨卡病毒复制的潜力。Shapira博士说：“事实上，雌激素受体比干扰素更能抑制病毒复制，其中干扰素是人体应对病毒感染的第一道防线，也是我们抗病毒防御的标准策略。”

这一发现与临床疾病特别相关，这是因为孕妇在妊娠头三个月最容易感染寨卡病毒，这是因为在此期间，她们体内的雌激素处于最低水平。这个时期也是胎儿最容易受到寨卡病毒的影响。寨卡病毒可导致严重的出生缺陷，当前还没有治疗这种病毒感染的疫苗或特定疗法。

Shapira博士及其团队还探讨了宫颈癌的主要致病因子HPV与其感染的细胞之间的相互作用。 HPV是一种最为常见的性传播病毒感染，大约80％的性活跃人群在其生命的某个阶段感染了200种不同类型的HPV中的一种。Shapira博士和他的团队使用P-HIPSTer产生的数据来鉴定区分与癌症相关的HPV感染和不与癌症相关的HPV感染的蛋白-蛋白相互作用。除了提供有关HPV感染如何引起疾病的新见解之外，这一发现还可以改善对HPV感染者的诊断，并且P-HipsTer可能能够用于协助预测任何一种特定病毒是否是高度致病性的。

这些研究人员还研究了病毒介导的这些相互作用是否影响人类遗传学。他们发现证据表明几十种细胞蛋白的强大选择压力受到病毒感染的影响，这有助于揭开我们的基因组如何受到病毒影响的新见解。

Shapira博士指出，“我们可以利用这些数据做的事情之一就是深入研究病毒感染是否改变了人类遗传学的历史。这当然不是一个新颖的想法，但是对这些蛋白进行目录编制是很重要的。我们如今可以探索很多以前无法探索的领域。”

未来的研究工作

Shapira博士及其团队打算将P-HipsTer应用于更复杂的病原体，如寄生虫和细菌，并用它来更好地了解人体肠道中的细菌如何相互沟通。在未来，这种算法还可用于探索影响农业植物或牲畜的病毒或病原体。

Shapira实验室正在努力破解宿主-病原体相互作用界面的遗传和分子通路。对这些相互作用的更深入理解提供了对控制基本细胞生物学的细胞机制的重要见解，并且在人类转化免疫学和传染病研究中具有广泛的意义。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1.Gorka Lasso et al. A Structure-Informed Atlas of Human-Virus Interactions. Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.08.005.

https://www.cell.com/cell/fullte ... 31%3Fshowall%3Dtrue

2.Detailed map shows how viruses infect humans
https://phys.org/news/2019-08-viruses-infect-humans.html

http://news.bioon.com/article/6743363.html



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