灵长类特异性BTN3A2通过相互作用并减少ACE2来抵御SARS-CoV-2感染

Primate-specific BTN3A2 protects against SARS-CoV-2 infection by interacting with and reducing ACE2.

作者信息Ling Xu, Dandan Yu, Min Xu, Yamin Liu, Lu-Xiu Yang, Qing-Cui Zou, Xiao-Li Feng, Ming-Hua Li, Nengyin Sheng, Yong-Gang Yao
PMID39142074
发布时间2024-09
DOI10.1016/j.ebiom.2024.105281

实验完整度

包含细胞系基因编辑、转基因小鼠活病毒攻击、免疫共沉淀、生物层干涉、ELISA等多层级实验,并进行了机制和功能验证。

主要模型

BTN3A2基因敲除Huh7细胞 BTN3A2基因敲除Calu-3细胞 BTN3A2转基因小鼠 ACE2过表达A549和HEK293T细胞

重点核对

BTN3A2敲除或过表达对SARS-CoV-2复制的影响 BTN3A2与Spike蛋白RBD的相互作用及特异性 BTN3A2与ACE2的竞争结合 BTN3A2对ACE2 mRNA和蛋白表达的抑制 BTN3A2转基因小鼠中病毒载量和肺部病理的评估

摘要

背景:2019冠状病毒病(COVID-19)是由严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)引起的免疫相关疾病。该病毒的完整发病机制仍有待确定。阐明SARS-CoV-2与宿主细胞相互作用的分子机制对于制定有效的预防措施和推进COVID-19治疗至关重要。方法:我们分析了人类肺部单细胞RNA测序数据集,以探究嗜乳脂蛋白亚家族3成员A2(BTN3A2)表达与COVID-19的关联。在生物安全三级(BSL-3)实验室中,用活SARS-CoV-2感染BTN3A2基因编辑细胞系和转基因小鼠。在BTN3A2基因编辑细胞中进行了免疫沉淀、流式细胞术、生物层干涉法和竞争ELISA分析。我们对感染或未感染SARS-CoV-2的小鼠组织样本进行了定量实时PCR、组织学和/或免疫组织化学分析。发现:BTN3A2 mRNA水平与COVID-19严重程度相关。BTN3A2表达主要在上皮细胞中鉴定,在COVID-19患者的病理性上皮细胞中升高,并且与ACE2在同一肺细胞亚型中共表达。BTN3A2靶向病毒生命周期的早期阶段,通过与Spike蛋白的受体结合域(RBD)和ACE2相互作用抑制SARS-CoV-2附着。BTN3A2在体外和体内通过减少ACE2抑制ACE2介导的SARS-CoV-2感染。解释:这些结果揭示了BTN3A2在对抗COVID-19中的关键作用。识别模拟BTN3A2的潜在单克隆抗体可能有助于阻断SARS-CoV-2感染,为COVID-19提供治疗途径。

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
BTN3A2是否以及如何影响SARS-CoV-2感染?
核心机制
BTN3A2通过与SARS-CoV-2 Spike蛋白的RBD结合,与ACE2竞争,从而抑制病毒附着;同时BTN3A2与ACE2相互作用并降低ACE2表达,进一步抑制ACE2介导的病毒进入。
主要证据
过表达BTN3A2在细胞系(ACE2-A549、ACE2-HEK293T、Huh7、Calu-3)中减少病毒复制;敲除增加病毒复制;免疫共沉淀和生物层干涉证明BTN3A2与Spike RBD和ACE2结合;竞争ELISA证明竞争;转基因小鼠感染后病毒载量和肺损伤降低。
研究意义
BTN3A2是一个新的宿主抗病毒因子,具有作为COVID-19治疗药物的潜力,可能对多种SARS-CoV-2变异株有效。

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

分析BTN3A2表达与COVID-19的相关性

探究BTN3A2表达是否与COVID-19严重程度相关。

利用公开的RNA-seq和scRNA-seq数据,分析COVID-19患者和健康对照中BTN3A2的表达水平,并比较不同严重程度。

2

体外验证BTN3A2的抗病毒活性

确定BTN3A2是否抑制SARS-CoV-2感染。

在ACE2-A549、ACE2-HEK293T、Huh7和Calu-3细胞中过表达或敲除BTN3A2,感染SARS-CoV-2或假病毒,检测病毒拷贝数或荧光素酶活性。

3

验证BTN3A2与Spike蛋白的相互作用

探究BTN3A2是否直接结合SARS-CoV-2 Spike蛋白及其结构域。

通过免疫共沉淀和生物层干涉分析检测BTN3A2与Spike蛋白及其S1、S2亚基和RBD的相互作用。

4

验证BTN3A2与ACE2的竞争作用

探究BTN3A2是否竞争ACE2与Spike RBD的结合。

通过竞争ELISA和免疫共沉淀分析BTN3A2对ACE2-Spike结合的影响。

5

验证BTN3A2对ACE2表达的调控

探究BTN3A2是否影响ACE2表达。

在细胞系和转基因小鼠中检测BTN3A2过表达或敲除对ACE2 mRNA和蛋白水平的影响,包括流式细胞术检测细胞表面ACE2。

6

体内验证BTN3A2的保护作用

评估BTN3A2是否在体内抑制SARS-CoV-2感染。

对BTN3A2转基因小鼠和野生型小鼠通过AAV-hACE2转导后感染SARS-CoV-2 BA.2,检测病毒载量、组织病理和ACE2表达。

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Gibco-BRL11965-092
胎牛血清Gibco-BRL10099-141
青霉素/链霉素Gibco-BRL15140122
MEM培养基Gibco-BRL11095080
MEM非必需氨基酸Gibco-BRL11140050
脂质体3000InvitrogenL3000008
Opti-MEM培养基Gibco-BRL31985-070
lentiCRISPRv2载体Addgene#52961
psPAX2包装质粒Addgene#12260
pMD2.G包膜质粒Addgene#12259
聚凝胺SolarbioH8761
嘌呤霉素Gibco-BRLA1113803
G418遗传霉素Sigma-AldrichA1720
pLVX-tight-puro载体Clontech632162
pLVX-rtTA-Advance载体Clontech632163
RIPA裂解液BeyotimeP0013
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0012
牛血清白蛋白BeyotimeP0007
PVDF膜Roche DiagnosticsIPVH00010
Tris缓冲盐水Cell Signaling Technology#9997
吐温20SigmaP1379
蛋白G琼脂糖珠Life Technologies15920010
4孔腔室玻片Thermo Scientific177399
pX-330质粒Addgene--
多西环素Sigma-AldrichD9891
DAPI染料Roche Diagnostics10236276001
FACSCelesta流式细胞仪BD Biosciences--
High Pure病毒RNA提取试剂盒Roche11858882001
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific15596026CN
THUNDERBIRD探针一步法qRT-PCR试剂盒TOYOBOQRZ-101
Applied Biosystems 7500实时PCR系统Applied Biosystems--
Leica EG1160石蜡包埋机Leica--
Leica RM2255切片机Leica--
尼康Eclipse E100显微镜Nikon--
Spike S1-Fc蛋白Sino Biological40591-V02h
ACE2-Fc蛋白Sino Biological10108-H02H
人IgG-Fc蛋白Sino Biological10702-HNAH
BTN3A2-L-His蛋白Sino Biological13515-H08H
BioTek Synergy HT酶标仪BioTek--
Octet RED96分子相互作用仪ForteBio--
AR2G生物传感器ForteBio18-5095
BTN3A2-S-His蛋白Zoonbio Biotechnology--
BTN3A1-His蛋白Sino Biological15973-H08H
BTN3A3-His蛋白Sino Biological13432-H08H
AAV-EGFP病毒PackGene Biotech--
AAV-hACE2病毒PackGene Biotech--
异氟烷RWD Life Science--

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
细胞系构建
细胞来源、培养条件、基因编辑方法(CRISPR/Cas9)、转染试剂和浓度、筛选药物(嘌呤霉素/G418)浓度。
阅读提示:Methods 部分中的 'Cell culture' 和 'Generation of genetically modified cell lines'
病毒感染
病毒株(原型、BA.1、BA.2)、感染复数(MOI)、感染时间、细胞类型、病毒接种量。
阅读提示:Methods 部分中的 'Viral strains and cells' 和 'Animal models for SARS-CoV-2 infection'
相互作用验证
蛋白表达系统、标签(His、Flag、Fc)、蛋白浓度、缓冲液条件、仪器设置。
阅读提示:Methods 部分中的 'Western blotting and immunoprecipitation' 和 'Biolayer interferometry assay'
ACE2表达检测
所用抗体(抗ACE2、抗BTN3A2)、稀释比例、检测方法(WB、流式、IHC)、定量方法。
阅读提示:Methods 部分中的 'Western blotting and immunoprecipitation'、'Flow cytometry' 和 'Pathological analysis'
体内感染模型
小鼠品系、年龄、性别、AAV剂量和注射途径、SARS-CoV-2感染剂量和途径、感染时间、样本采集。
阅读提示:Methods 部分中的 'Animals and tissues' 和 'Animal models for SARS-CoV-2 infection'