RIPK3通过限制JAK-STAT信号传导而不触发坏死性凋亡来促进汉坦病毒复制

RIPK3 promotes hantaviral replication by restricting JAK-STAT signaling without triggering necroptosis.

作者信息Yue Si, Haijun Zhang, Ziqing Zhou, Xudong Zhu, Yongheng Yang, He Liu, Liang Zhang, Linfeng Cheng, Kerong Wang, Wei Ye, Xin Lv, Xijing Zhang, Wugang Hou, Gang Zhao, Yingfeng Lei, Fanglin Zhang, Hongwei Ma
PMID37633447
期刊Virol Sin
发布时间2023-10
DOI10.1016/j.virs.2023.08.006

实验完整度

包含体外细胞模型(BMDMs、HEK293T等)和体内小鼠模型(RIPK3−/−小鼠)的独立证据,并通过RNA-seq、Western blot、co-IP、双荧光素酶等实验进行了功能验证和机制验证。

主要模型

BMDMs(小鼠骨髓来源巨噬细胞) HEK293T细胞 Huh-7细胞 RIPK3−/− C57BL/6J小鼠

重点核对

HTNV感染剂量(MOI=1)及感染时间(0-48 h) RIPK3敲低或敲除对ISGs表达和病毒复制的影响 RIPK3与STAT1的相互作用及其对STAT1磷酸化的抑制 RIPK3蛋白激酶结构域缺失(ΔPKD)但不影响激酶活性的突变体对STAT1的影响 体内实验中HTNV感染剂量(5 × 10^5 PFU)和感染天数(9 dpi)

摘要

汉坦病毒(HTNV)是一种啮齿动物传播的病毒,可引起肾综合征出血热(HFRS),死亡率高达15%。干扰素(IFNs)在抗汉坦病毒免疫应答中发挥关键作用,IFN预处理通过Janus激酶-信号转导与转录激活因子1(JAK-STAT)通路触发一系列干扰素刺激基因(ISGs)的表达,从而有效限制HTNV感染。然而,感染晚期产生的大量IFNs不能抑制HTNV复制,其机制尚不清楚。在此,我们证明了受体相互作用蛋白激酶3(RIPK3)——一种介导坏死性凋亡的关键分子——被HTNV激活,并通过抑制STAT1磷酸化促进汉坦病毒逃避干扰素应答。RNA-seq分析显示,HTNV感染后多个细胞死亡相关基因上调,其中RIPK3被确定为病毒复制的关键调节因子。RIPK3缺失显著增强ISGs表达并抑制HTNV复制,而不影响模式识别受体(PRRs)的表达或I型干扰素的产生。相反,外源表达的RIPK3损害宿主抗病毒应答并促进HTNV复制。RIPK3−/−小鼠也保持了强大的清除HTNV能力,并伴有增强的固有免疫应答。机制上,我们发现RIPK3可以结合STAT1并抑制STAT1磷酸化,这依赖于RIPK3的蛋白激酶结构域(PKD),而非其激酶活性。总之,这些观察结果表明RIPK3在病毒感染期间具有非经典功能,并阐明了HTNV利用的一种新的宿主固有免疫逃逸策略。

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
HTNV感染晚期产生的大量干扰素不能抑制病毒复制,其机制尚不清楚;本研究旨在探讨RIPK3在HTNV逃逸干扰素应答中的作用。
核心机制
RIPK3通过其蛋白激酶结构域(PKD)与STAT1结合,抑制STAT1磷酸化,从而限制ISGs表达,但不影响IFN产生,也不触发坏死性凋亡,最终促进HTNV复制。
主要证据
体外实验:BMDMs中敲低或敲除RIPK3增强ISGs表达并抑制HTNV复制;过表达RIPK3则相反。免疫共沉淀显示RIPK3与STAT1结合;点突变实验表明该功能不依赖RIPK3激酶活性。体内实验:RIPK3−/−小鼠较WT小鼠清除HTNV更快,STAT1磷酸化和ISGs表达增强。
研究意义
该研究揭示了RIPK3在病毒感染中的非经典功能,阐明了HTNV利用的一种新的宿主固有免疫逃逸策略,可能为HTNV所致疾病的预防和治疗提供潜在靶点。

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

HTNV感染对坏死性凋亡相关基因表达和细胞死亡的影响

探究HTNV感染是否激活坏死性凋亡相关基因并触发细胞死亡。

通过RNA-seq和KEGG通路富集分析HTNV感染的HUVECs和JEV感染的Neuro-2a细胞中细胞死亡相关通路;用qRT-PCR和免疫印迹检测BMDMs中坏死性凋亡相关基因表达;通过ATP检测和Annexin V-PI染色评估细胞活力;用TSZ处理L929细胞诱导坏死性凋亡,检测HTNV对TSZ诱导的MLKL激活、ATP水平和细胞形态的影响。

2

RIPK3对HTNV复制的影响

评估RIPK3是否调节HTNV复制。

通过siRNA敲低ZBP1、RIPK3和MLKL,检测HTNV NP蛋白和S基因表达;使用RIPK3−/− BMDMs和RIPK3过表达细胞,检测病毒复制水平。

3

转录组分析RIPK3敲除对宿主基因表达的影响

探究RIPK3敲除如何影响宿主免疫相关基因表达。

提取WT和RIPK3−/− BMDMs的RNA进行RNA-seq,分析差异表达基因,并进行KEGG通路富集和热图展示炎症细胞因子和干扰素相关基因的表达变化。

4

RIPK3对JAK-STAT信号通路和ISGs表达的调控

验证RIPK3是否通过抑制STAT1磷酸化来限制ISGs表达。

通过免疫印迹检测STAT1和p-STAT1水平;利用双荧光素酶报告基因分析RIPK3对IFN、STAT1和ISRE启动子活性的影响;qRT-PCR检测ISGs表达水平。

5

RIPK3与STAT1的相互作用及结构域鉴定

确定RIPK3是否与STAT1直接结合以及关键结构域。

通过免疫荧光检测亚细胞定位;通过共转染和外源/内源co-IP验证相互作用;构建RIPK3截短突变体(ΔPKD、ΔRHIM)和激酶失活突变体(K51A、D161N),通过co-IP和免疫印迹检测对STAT1结合及磷酸化的影响。

6

体内验证RIPK3敲除对HTNV感染的影响

评估RIPK3缺失是否影响小鼠对HTNV的清除和免疫应答。

WT和RIPK3−/−小鼠经静脉注射HTNV,监测临床症状、体重、体温,并在9 dpi采集血液和组织样本;通过qRT-PCR检测病毒载量;免疫印迹检测NP表达;H&E染色和TEM观察病理变化;免疫荧光检测巨噬细胞浸润和STAT1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, USA--
RPMI培养基1640Gibco, USA--
胎牛血清HyClone--
青霉素-链霉素-庆大霉素溶液(100×)----
杜氏磷酸盐缓冲液----
Hieff trans™脂质体转染试剂Yeasen, China--
Entranster™-R4000Engreen, China--
TRIzol试剂Invitrogen15596026
Hifair® II第一链cDNA合成SuperMixYeasen11120ES60
Hieff® qPCR SYBR Green预混液Yeasen11201ES08
RIPA裂解缓冲液Beyotime, China--
蛋白酶抑制剂混合物Targetmoi, USA--
磷酸酶抑制剂混合物I和IITargetmoi, USA--
Pierce™ BCA蛋白检测试剂盒Thermo, USA--
Odyssey红外成像系统LI-COR Biosciences, USA--
蛋白A/G磁珠----
双荧光素酶报告基因检测系统Promega, USA--
Annexin V-PI染色试剂盒BD, USA--
FACSCanto II流式细胞仪BD, USA--
ATP检测试剂盒Beyotime, China--
Calcein/PI细胞活力/细胞毒性检测试剂盒Beyotime, China--
QuantiCyto®小鼠IFN-α/β ELISA试剂盒----
DAPI染色液Sangon Biotech, China--
Triton X-100Sangon Biotech, China--
牛血清白蛋白----
激光扫描共聚焦显微镜(FV3000)Olympus, Japan--
日立HT7700透射电子显微镜Hitachi, Japan--
ImageJ软件NIH, USA--
GraphPad Prism 9软件----

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
细胞培养与感染
细胞系来源(ATCC)、培养基(DMEM/RPMI 1640)及血清浓度(10%或20% FBS)、HTNV感染MOI=1及感染时间(0-48 h)
阅读提示:Materials and methods: Cell culture, Viral infection
基因敲低/过表达
siRNA序列(Supplementary Table S2)、转染试剂(Hieff trans™, Entranster™-R4000)、质粒(Supplementary Table S1)、转染时间
阅读提示:Materials and methods: Plasmids and siRNA transfection
信号通路检测
抗体信息(Supplementary Table S4)、蛋白裂解液(RIPA)、蛋白酶/磷酸酶抑制剂、SDS-PAGE浓度、免疫印迹及co-IP条件
阅读提示:Materials and methods: Immunoblot assays and coimmunoprecipitation
体内实验
小鼠品系(C57BL/6J)、RIPK3−/−小鼠来源、感染剂量(5×10^5 PFU)、感染途径(静脉注射)、观察时间(0-9 dpi)及检测指标(MSS、体重、体温、病毒载量、病理)
阅读提示:Materials and methods: Mouse experiments and sample preparation; Results: sections 3.4-3.6
统计方法
统计学检验(Student's t-test或one-way ANOVA)、显著性水平(P < 0.05, P < 0.01, P < 0.001)、重复次数(至少三次)
阅读提示:Materials and methods: Quantification and statistical analysis