单个甲型流感病毒在病毒-细胞界面诱导纳米级细胞重编程

Single influenza A viruses induce nanoscale cellular reprogramming at the virus-cell interface.

作者信息Lukas Broich, Hannah Wullenkord, Maria Kaukab Osman, Yang Fu, Mathias Müsken, Peter Reuther, Mark Brönstrup, Christian Sieben
PMID40280912
发布时间2025-04
DOI10.1038/s41467-025-58935-8

实验完整度

中

体外细胞模型结合单分子超分辨成像验证受体动力学、内吞蛋白招募和肌动蛋白重塑,但无动物或患者样本验证。

主要模型

A549人肺上皮细胞(野生型及表达EGFR-GFP/mEos3.2的衍生细胞) MDA-MB-231细胞(表达AP2-RFP和ClC-GFP) 固定在玻璃表面的甲型流感病毒A/Puerto Rico/8/34 (H1N1)

重点核对

病毒固定:DiD标记IAV与0.5 mM cRGD混合,在硅烷-PEG-NHS修饰玻片上4°C孵育16小时或室温1小时 细胞接种:每腔室25,000个细胞,接种于固定病毒上 唾液酸酶处理:250 mU/ml sialidase处理1小时 sptPALM成像:每个细胞采集10,000帧,分析病毒周围800×800 nm区域内EGFR扩散系数 STORM成像:使用phalloidin-A647标记F-actin,在光切换缓冲液中成像

摘要

在感染过程中,单个病毒粒子在病毒-细胞界面(质膜上与病毒直接接触的纳米级区域)触发特定的细胞信号传导。然而,病毒诱导的受体招募和细胞激活是在纳米尺度上几分钟内发生的瞬态过程。因此,由于技术限制,这些早期事件的时间和空间动力学往往仍知之甚少。为应对这一挑战,我们开发了一种方案,将标记的甲型流感病毒共价固定在玻璃表面,然后将其暴露于活的上皮细胞。我们的方法延长了病毒-质膜结合的观察时间,同时最小化了病毒修饰,便于对病毒-细胞相互作用进行活细胞成像。利用单分子超分辨率显微镜,我们研究了病毒-受体相互作用,显示病毒受体在病毒结合位点的移动性降低,导致特定的局部受体积累和周转。我们进一步在单病毒水平追踪网格蛋白介导的内吞作用的动力学,并证明衔接蛋白2(AP-2)的招募,此前认为AP-2不参与甲型流感病毒感染。最后,我们检查了病毒结合位点肌动蛋白细胞骨架的纳米级组织,显示细胞肌动蛋白皮层对感染病毒的局部和动态响应。

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
如何在单病毒水平以高时空分辨率研究甲型流感病毒感染早期病毒-细胞界面的受体招募、内吞诱导和细胞骨架动态?
核心机制
固定在玻璃表面的IAV通过唾液酸依赖的方式招募EGFR并降低其移动性,诱导局部受体积累和周转,随后招募网格蛋白介导内吞相关蛋白(epsin-1、AP2、ClC)并引起局部F-actin重组。
主要证据
利用sptPALM发现病毒附近EGFR扩散系数降低且不移动受体比例增加,唾液酸酶处理可逆转;TIRF显示epsin-1、AP2和ClC在病毒位点共定位及周期性招募;STORM和活细胞成像显示F-actin在病毒结合位点呈现环、孔、斑块等动态结构。
研究意义
提供了一种通用方法将天然病毒固定在玻璃表面以延长病毒-细胞相互作用观察时间,兼容多种显微镜技术,可用于研究早期病毒感染中的受体特异性和细胞嗜性。

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

玻璃表面修饰与病毒固定

建立稳定的病毒-细胞界面以延长观察时间

清洗活化玻片,用硅烷-PEG5000-NHS与硅烷-PEG200以1:1混合修饰,将荧光标记的IAV与0.5 mM cRGD混合后固定于玻片,并验证病毒颗粒完整性和固定效率。

2

活细胞接种与粘附

使细胞在固定病毒上方生长以形成病毒-细胞界面

将A549细胞接种于固定有病毒的玻片上,利用cRGD促进细胞粘附,通过共聚焦显微镜确认细胞位于病毒上方。

3

EGFR受体招募与动力学分析

验证IAV是否通过唾液酸依赖方式招募EGFR并改变其移动性

在表达EGFR-GFP或EGFR-mEos3.2的A549细胞上,用TIRF和sptPALM成像,分析病毒周围EGFR的积累、扩散系数和固定比例,并用唾液酸酶处理验证依赖性。

4

网格蛋白介导内吞蛋白招募检测

验证固定病毒是否诱导内吞机器组分的局部招募

在表达epsin1-GFP的A549细胞或表达AP2-RFP和ClC-GFP的MDA-MB-231细胞上,用活细胞TIRF成像,量化病毒位点共定位和信号波动频率。

5

F-actin纳米级组织与动态分析

探究病毒结合位点肌动蛋白细胞骨架的局部重组

固定细胞用phalloidin-A647染色后进行STORM成像,活细胞表达LifeAct-GFP进行TIRF延时成像,分析病毒周围F-actin结构变化。

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
DiD荧光染料InvitrogenV22889
DiO荧光染料InvitrogenV22889
DiI荧光染料InvitrogenV22889
NAP-5凝胶过滤柱Cytiva17-0853-01
DMEM培养基Gibco10566016
胎牛血清CapricornFBS-LE-12A
嘌呤霉素GibcoA1113803
DMEM/F-12培养基Gibco10565018
0.5%胰蛋白酶/EDTAGibco25300054
无FCS无酚红培养基Gibco31053028
唾液酸酶Roche11585886001
硅烷-PEG5000-NHStebu-bio--
硅烷-PEG2000tebu-bio--
环状RGD肽MedChemExpressHY-P0023
TetraSpeck荧光微球InvitrogenT7279
抗NP抗体MerckMAB8257
抗H1抗体Thermo FischerPA534929
鬼笔环肽-A647Thermo FisherA22287
Lipofectamine 2000转染试剂Thermo Fisher--
psPAX2包装质粒Addgene#12260
pMD2.G包膜质粒Addgene#12259
pLVX-M-puro载体Addgene#125839
聚凝胺Sigma-AldrichTR-1003-G
Hoechst染料----
Epsin1-GFP质粒addgene#22228

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
病毒固定
硅烷-PEG5000-NHS与硅烷-PEG200混合比例(1:1)、病毒孵育温度和时间(4°C 16小时或室温1小时)、cRGD浓度(0.5 mM)
阅读提示:Methods: Glass slide preparation, Virus labeling and sample chamber preparation; Fig. 1b
唾液酸酶处理
唾液酸酶浓度(250 mU/ml)、处理时间(1小时)、处理阶段(饥饿培养基中)
阅读提示:Methods: Cell lines and culture; Fig. 2d
sptPALM成像与分析
采集帧数(10,000帧)、积分时间(30 ms)、扩散系数计算区域(病毒周围800×800 nm)、不移动受体阈值(D1-3 < 0.01 µm²/s)
阅读提示:Methods: sptPALM; Fig. 2d
内吞蛋白招募成像
细胞类型(A549表达epsin1-GFP或MDA-MB-231表达AP2-RFP/ClC-GFP)、成像时长(10分钟)、共定位量化方法
阅读提示:Methods: Live cell CME visualization; Fig. 3b, d
F-actin STORM成像
phalloidin-A647浓度(0.56 µM)、孵育时间(2小时)、STORM缓冲液组分及浓度
阅读提示:Methods: F-actin labeling and imaging; Fig. 4b