定量蛋白质组学分析宿主-病毒相互作用揭示高尔基体布雷菲德菌素A抗性因子1(GBF1)在登革热感染中的作用

Quantitative proteomic analysis of host-virus interactions reveals a role for Golgi brefeldin A resistance factor 1 (GBF1) in dengue infection.

作者信息Lindsay N Carpp, Richard S Rogers, Robert L Moritz, John D Aitchison
PMID24855065
发布时间2014-11
DOI10.1074/mcp.M114.038984

实验完整度

包含定量蛋白质组学(SILAC/I-DIRT)、免疫共沉淀验证、shRNA敲低及药物抑制等功能实验,并涉及细胞模型(HepG2、HEK293)和病毒实验。

主要模型

HepG2细胞 HEK293-T细胞 Vero细胞 C6/36蚊细胞

重点核对

SILAC标记效率(>95%掺入) I-DIRT实验中NS5-GFP/NS3-GFP的转染及DENV感染MOI=3-4 GCA和BFA的处理浓度:GCA 10 μM,BFA 5 μg/ml shRNA敲低实验中,GBF1敲低诱导时间48小时,其他基因96小时 病毒感染复数(MOI)在功能实验中的一致性

摘要

登革热病毒被认为是全球最重要的蚊媒病毒,给许多热带和亚热带国家带来了巨大的经济和医疗负担。登革热感染诱导宿主内质网膜剧烈重排,形成复杂的膜结构,其中包含复制复合体;宿主蛋白和通路在这一过程中的贡献尚不清楚,但很可能由蛋白质-蛋白质相互作用介导。我们开发了一种方法,通过在病毒感染背景下使用亲和标签和定量蛋白质组学,随后进行稳健的统计分析,来获得高置信度的蛋白质-蛋白质相互作用数据。使用这种方法,我们鉴定了病毒聚合酶NS5和解旋酶/蛋白酶NS3的高置信度相互作用蛋白。定量蛋白质组学使我们能够从数据集中排除大量可能非特异性的相互作用蛋白,并赋予所得数据集高水平的置信度。我们鉴定了53个与NS5可重复相关的宿主蛋白和41个与NS3相关的宿主蛋白,其中13个候选蛋白出现在两个数据集中。鉴定出的宿主因子具有多种功能,包括高尔基体到内质网的逆行运输、长链脂肪酰辅酶A的生物合成以及未折叠蛋白反应。我们从NS5数据集中选择了GBF1(一种负责ARF激活的鸟嘌呤核苷酸交换因子)进行后续研究和功能验证。我们证明GBF1在登革热感染早期起关键作用,且该作用独立于其在维持高尔基体结构中的功能。重要的是,本文描述的方法可以应用于几乎任何生物体/系统,作为更好地理解其分子相互作用的工具。

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
鉴定登革热病毒NS5和NS3的宿主相互作用蛋白,并探讨这些相互作用在病毒感染过程中的功能角色。
核心机制
NS5与GBF1相互作用,GBF1在感染早期(可能在复制复合体生物发生阶段)发挥关键作用,该作用独立于其维持高尔基体结构的功能。
主要证据
通过I-DIRT定量蛋白质组学鉴定NS5/NS3高置信度相互作用组,免疫共沉淀验证11/12相互作用;shRNA敲低和药物抑制实验表明GBF1敲低或GCA处理显著抑制DENV感染,且GCA的抑制可被GBF1过表达逆转。
研究意义
该研究提供了一种可广泛应用的鉴定病毒-宿主蛋白相互作用的方法,并揭示GBF1可作为抗登革热病毒药物的潜在靶点。

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

细胞培养与病毒制备

提供实验所需的细胞模型和登革热病毒毒株。

培养Vero、HepG2、C6/36和HEK293细胞;通过RNA转染Vero细胞产生DENV-2(MON601株)病毒原液,并在C6/36细胞中传代,浓缩后测定滴度。

2

SILAC标记与I-DIRT免疫纯化

在感染背景下鉴定NS5和NS3的高置信度宿主相互作用蛋白。

使用SILAC重标和轻标HEK293-T细胞,分别转染NS5-GFP/NS3-GFP或仅GFP(对照),随后感染DENV,混合裂解物后进行免疫沉淀,通过质谱鉴定和定量。

3

质谱分析与数据处理

鉴定和定量蛋白,并确定高置信度相互作用蛋白。

对IP洗脱液进行SDS-PAGE,切胶后胰蛋白酶消化,用LC-MS/MS分析;使用MaxQuant进行蛋白鉴定和SILAC定量;通过混合裂解物输入的重轻比累积分布确定截断值,筛选高置信度相互作用蛋白。

4

互作网络分析

分析高置信度相互作用蛋白的生物学功能富集。

将NS5和NS3高置信度相互作用蛋白列表输入GeneMANIA,进行基因本体(GO)功能富集分析。

5

免疫共沉淀验证

验证GFP标记病毒蛋白与宿主蛋白的相互作用是否代表病毒天然蛋白的相互作用。

使用针对候选相互作用蛋白的抗体,从DENV感染的HepG2细胞裂解物中进行免疫沉淀,然后免疫印迹检测NS5或NS3。

6

shRNA敲低功能验证

评估高置信度相互作用蛋白对DENV感染的影响。

使用慢病毒载体在HepG2细胞中诱导表达针对候选基因的shRNA,敲低后感染DENV,通过qPCR检测病毒RNA(NS2A)水平。

7

药物抑制实验

探究GBF1的药理抑制对DENV感染的影响。

DENV感染细胞后,使用BFA或GCA处理,通过qPCR检测病毒RNA水平;进行时间点脉冲实验和剂量反应实验确定GCA的IC50。

8

免疫荧光显微镜检查

评估GCA对高尔基体形态的影响。

DENV感染细胞经DMSO或GCA处理后,固定、通透、用抗GM130抗体标记高尔基体,通过荧光显微镜观察。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Invitrogen--
胎牛血清----
Amicon滤器Millipore--
pACGFP1-N1载体Clontech--
QuikChangeII定点突变试剂盒Agilent Technologies--
SILAC DMEM培养基Thermo Fisher--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
Protein G磁珠Invitrogen--
抗GFP抗体----
胰蛋白酶Promega--
Sep-Pak C18柱Waters--
Rapigest表面活性剂Waters--
LTQ Orbitrap Velos质谱仪Thermo--
LTQ Orbitrap Classic质谱仪Thermo--
布雷菲德菌素ASigma-Aldrich--
高尔基体杀菌剂ASigma-Aldrich--
NuPAGE Novex 4-12% Bis-Tris蛋白凝胶Invitrogen--
RNeasy Mini试剂盒Qiagen--
RevertAid第一链cDNA合成试剂盒Thermo Scientific--
PerfeCTa SYBR Green FastMix Low ROXQuanta Biosciences--
Applied Biosystems 7500实时PCR系统Applied Biosystems--
SlowFade Gold DAPI封片剂Invitrogen--
DeltaVision RT显微镜Applied Precision--
聚凝胺----
嘌呤霉素----
多西环素----

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
I-DIRT免疫纯化
SILAC标记效率(>95%掺入)、转染与感染时间、MOI=3-4、裂解缓冲液成分、抗体偶联磁珠用量
阅读提示:Methods: Stable Isotope Labeling by Amino Acids in Cell Culture (SILAC) 和 Isotopic Differentiation of Interactions as Random or Targeted (I-DIRT) Immunoaffinity Purifications
质谱分析
LC-MS/MS仪器参数(梯度时间、分辨率、碎裂能量)、MaxQuant搜索参数(质量容差、FDR、酶切特异性)
阅读提示:Methods: Mass Spectrometry 和 Database Searching and Analysis
shRNA敲低
shRNA序列、慢病毒包装、感染与筛选(嘌呤霉素浓度)、诱导时间(GBF1 48h,其他96h)、感染MOI
阅读提示:Methods: shRNA-Mediated Gene Silencing 和 Figure 3C/D
药物抑制
GCA和BFA浓度、处理时间、细胞类型、病毒感染的MOI
阅读提示:Methods: Pharmacological Inhibition of COPI-mediated Transport 和 Figure 5A
免疫共沉淀验证
抗体种类和用量、裂解缓冲液、IP条件(时间、温度)
阅读提示:Methods: Reciprocal Coimmunoprecipitation/Immunoblot Validation