人博卡病毒1的小非结构蛋白NP1直接与Ku70和RPA70相互作用并促进病毒DNA复制

The small nonstructural protein NP1 of human bocavirus 1 directly interacts with Ku70 and RPA70 and facilitates viral DNA replication.

作者信息Kang Ning, Zekun Wang, Fang Cheng, Ziying Yan, Jianming Qiu
PMID35653410
发布时间2022-06
DOI10.1371/journal.ppat.1010578

实验完整度

包含体外蛋白相互作用实验(pull-down、BLI)、体外DNA复制实验、细胞水平功能验证及HAE-ALI感染模型验证,多个独立证据层级并明确机制。

主要模型

HEK293细胞 HAE-ALI培养的人原代气道上皮细胞

重点核对

NP1与Ku70和RPA70的直接相互作用及结合亲和力(KD值) Ku70-β-barrel(aa266-439)和RPA70-AB(aa181-422)为关键相互作用结构域 在体外DNA复制实验中,补充NP1可增强复制,补充Ku70-β-barrel或RPA70-AB可抑制复制 在HAE-ALI感染模型中,过表达Ku70-β-barrel或RPA70-AB显着抑制HBoV1复制和病毒释放

摘要

人博卡病毒1(HBoV1)是细小病毒科博卡病毒属的成员,可在幼儿中引起急性呼吸道感染。在气-液界面培养的分化良好的假复层人气道上皮(HAE-ALI)是研究HBoV1感染的理想体外培养模型。与其他细小病毒不同的是,博卡病毒表达一个约25 kDa的小非结构蛋白NP1,该蛋白由病毒基因组中央的一个开放阅读框(ORF)编码。NP1在病毒DNA复制和前体mRNA加工中发挥重要作用。在本研究中,我们采用亲和纯化实验来鉴定HBoV1 NP1相互作用蛋白。我们鉴定出Ku70和RPA70以高结合亲和力与NP1直接相互作用,其特征为平衡解离常数(KD)分别为95 nM和122 nM。此外,我们定位了Ku70的aa266-439和RPA70的aa181-422为关键的NP1相互作用结构域。通过显性负性策略,我们揭示了Ku70和RPA70与NP1的相互作用不仅在体外病毒DNA复制实验中而且在HBoV1感染的HAE-ALI培养物中对HBoV1 DNA复制发挥重要作用。总之,我们的研究揭示了一种新的机制,即HBoV1 NP1通过其与Ku70和RPA70的直接相互作用来增强病毒DNA复制。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
HBoV1 NP1如何通过宿主DNA修复因子促进病毒DNA复制?
核心机制
NP1作为中介,通过与Ku70(β-barrel结构域)和RPA70(AB结构域)直接相互作用,将Ku和RPA复合物招募至病毒复制起始复合物附近,从而增强病毒DNA复制。
主要证据
亲和纯化、Co-IP、GST pull-down和BLI实验证明直接相互作用;体外复制实验和HAE-ALI感染模型验证了功能重要性;NP1突变体丧失相互作用后复制能力受损。
研究意义
该研究揭示了NP1作为中介分子在细小病毒DNA复制中的关键作用,强调了DNA修复因子在病毒DNA复制中的重要性。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

鉴定NP1相互作用蛋白

寻找与NP1相互作用的宿主蛋白,以揭示NP1促进病毒DNA复制的分子机制。

通过亲和纯化(anti-Flag)和质谱分析,鉴定出77个候选蛋白,其中14个涉及DNA损伤修复和mRNA加工。进一步通过Co-IP确认了9个蛋白与NP1直接相互作用。

2

验证NP1与Ku70和RPA70的直接相互作用

确认NP1是否直接结合Ku70和RPA70,并定位关键结合结构域。

利用GST pull-down和BLI实验,验证了NP1与Ku70(而非Ku80)及RPA70(而非RPA32)的直接结合,并确定了Ku70-β-barrel和RPA70-AB为关键结构域。

3

建立体外HBoV1 DNA复制实验

建立一个能模拟病毒DNA复制的体外体系,以研究NP1及其相互作用蛋白的功能。

从HEK293、293ES细胞制备S100和S300提取物,纯化NS1,并用32p-dCTP标记检测病毒DNA复制。通过在反应中添加NP1观察其对复制效率的影响。

4

验证Ku70-β-barrel和RPA70-AB在体外复制中的抑制作用

通过竞争性抑制NP1与Ku70/RPA70的相互作用,验证这些相互作用对病毒DNA复制的必要性。

在体外复制反应中补充不同浓度的Ku70-β-barrelHis或RPA70-ABHis蛋白,观察复制效率的变化。

5

在HAE-ALI模型中验证抑制作用

在生理相关的感染模型中,验证过表达Ku70-β-barrel或RPA70-AB是否能抑制病毒复制。

通过慢病毒转导建立可诱导表达目的结构域的HAE-ALI培养,在Dox诱导后感染HBoV1,监测病毒释放和病毒DNA复制。

6

NP1突变体功能分析

通过突变NP1中预测的功能性螺旋结构域,鉴定对Ku70/RPA70相互作用及病毒DNA复制至关重要的氨基酸残基。

基于AlphaFold预测的结构,构建了6个NP1突变体。在HEK293细胞中通过补充NP1缺失的病毒基因组,评估突变体支持病毒DNA复制的能力,并通过pull-down检测其与Ku70/RPA70的结合。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
验证分子表达变化
评估体内效果
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Cytiva Life ScienceSH30022.01
胎牛血清MilliporeSigmaF0926
PneumaCult-Ex Plus培养基StemCell05040
PneumaCult-ALI培养基StemCell05001
胶原蛋白IVMilliporeSigmaC7521
Transwell insertsCorning3460
D-PBSCorning21-031-CV
PEI MAX转染试剂Polyscience24765-2
抗Flag抗体MilliporeSigmaF1804
蛋白G琼脂糖珠Cell Signaling--
Benzonase核酸酶MilliporeSigmaE1014-5KU
Anti-Flag G1亲和树脂GenScript--
谷胱甘肽琼脂糖ThermoFisher16100
Strep-Tactin琼脂糖IBA Lifesciences--
Ni-NTA生物传感器ForteBio/Sartorius18-5101
Bio-Scale Mini Nuvia IMAC色谱柱Bio-Rad7800811
HiLoad Superdex 200 pg色谱柱Cytiva28989335
Oligo Clean & Concentrator试剂盒Zymo ResearchD4061
DpnI限制性内切酶NEBR0176S
蛋白酶KSigma-AldrichP2308
肌酸激酶MilliporeSigmaC3755
磷酸肌酸二(三)盐Sigma-AldrichP1937
NTPs/dNTPsThermoFisher--
[α-32P] dCTPPerkin ElmerBLU013Z250UC
PVDF膜MilliporeSigmaIPVH00010
Accutase细胞分离液Innovative Cell TechnologiesAT104
DNA凝胶提取试剂盒Qiagen28706
兔抗HNRNPU抗体AbclonalA3917
兔抗PUF60抗体AbclonalA6709
兔抗YBX1抗体AbclonalA7704
兔抗DDX9抗体AbclonalA4563
兔抗NCL抗体AbclonalA5904
兔抗ILF3抗体AbclonalA8186
兔抗DKC1抗体AbclonalA1862
兔抗TOP2A抗体AbclonalA16440
兔抗RPA70抗体AbclonalA0990
兔抗STAU1抗体AbclonalA4131
小鼠抗Ku70抗体Santa CruzSC-17789
兔抗Ku80抗体Cell Signaling2180S
兔抗His抗体Cell Signaling12698S
小鼠抗Flag抗体Rockland200-301-B13
小鼠抗β-actin抗体MilliporeSigmaA5441
抗GST抗体Santa CruzSC-138
兔抗Strep-tag II抗体Abcamab183907

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养
HEK293细胞培养条件,HAE-ALI培养的建立和维持条件
阅读提示:Materials and methods - Cell lines and primary cultures
体外相互作用实验
GST-NP1、Ku70His、RPA70His等重组蛋白的纯化方法和用量,pull-down实验的结合缓冲液成分
阅读提示:Materials and methods - In vitro pull-down assay, Protein expression and purification
体外DNA复制实验
S100和S300提取物的制备方法,反应体系的组成(包括各种组分浓度),NP1的添加量
阅读提示:Materials and methods - In vitro viral DNA replication assay
HAE-ALI感染实验
HBoV1感染滴度(MOI),Dox诱导表达的时间和浓度,病毒释放量检测的时间点
阅读提示:Materials and methods - Virus infection and quantification, HAE-ALI culture
统计分析
重复实验次数,t检验的类型,显著性水平
阅读提示:Materials and methods - Statistical analysis