nCovN可以抑制iPSC的多能性 降低增殖率

 2020-03-31 A- A+

SARS-CoV-2已被证明是COVID-19的病原体,其与SARS CoV的基因组具有79%的相似性。SARS-CoV-2预测中有12个编码区,包括刺突蛋白(Spike glycoprotein,S),核衣壳蛋白(N-protein),包膜蛋白(E-protein)和膜蛋白(M-protein)。核衣壳蛋白的序列较稳定,是诊断工具和抗病毒治疗的理想靶标。因此,SARS-CoV-2的核衣壳蛋白(nCoVN)是被科学家研究的最多的蛋白质之一,其与病毒RNA结合,将基因组包装在核糖核蛋白颗粒中。

日前,来自广东源心再生医学有限公司、中山大学、广州医科大学的研究团队在预印版平台 bioRxiv 在线发表了未经同行评审的一篇研究论文,该论文研究了SARS-CoV-2的核衣壳蛋白(nCoVN)对人诱导的多能干细胞(iPSC)的生物学作用。

研究人员通过慢病毒表达系统产生了基因工程过表达nCoVN的iPSC(iPSC-nCoVN),研究结果显示:nCoVN破坏了iPSC的多能性,并将其转变为成纤维细胞,这为SARS-CoV-2的致病机理提供了新的见解。

▲ 图片来源:biorxiv

ACE2在各种干细胞中均表达

越来越多的证据表明,SARS CoV-2 刺突蛋白结合人ACE2进入宿主细胞,因此研究人员首先确定ACE2是否在干细胞中表达,同时以管家基因GAPDH的表达值作为对照,结果显示ACE2在各种干细胞中均有表达,但是GAPDH较低。通过逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)结果显示,ACE2在iPSC、iPSC来源的心肌细胞(iPSCCM)和人冠状动脉内皮细胞(HCAEC)中均有表达,并提示这些细胞可能是SARS-CoV-2的靶细胞。

▲ ACE2在不同干细胞均有表达(图片来源:biorxiv)

nCoVN的过表达使iPSC成为成纤维细胞

研究人员利用通过慢病毒表达系统产生了基因工程过表达nCoVN的iPSC(iPSC-nCoVN),其中nCoVN的表达可以被Tet-On系统调节。研究人员在试验中,使用不表达nCoVN的iPSC-nCoVN,和表达nCoVN的iPSC-nCoVN做对照试验,得出nCoVN可能会阻碍iPSC的生长和分裂的结论。然后研究人员诱导iPSC-nCoVN表达nCoVN,在经过7天的诱导之后,它们的形态开始发生变化;诱导14天后,大多数iPSC-nCoVN表现出与野生型iPSC不同的形态;诱导28天后,iPSC-nCoVN出现了典型的成纤维细胞样形态。经过检测证实,这些过表达nCoVN的iPSC-nCoVN已经转化为纤维细胞。

▲ 第14和28天的被诱导表达nCoVN的iPSC-nCoVN(图片来源:biorxiv)

nCoVN能够破坏iPSC的多能性

在确定nCoVN的过表达使得iPSC转化为纤维细胞之后,研究人员通过多能性标记SSEA4和TRA-1-81检测了这些iPSC-nCoVN的多能性,结果明确显示,工程表达nCoVN的iPSC完全失去SSEA4和TRA-1-81的表达,说明这些iPSC失去了多能性。

为了再一次确定,研究人员使用常规分化方案,将iPSC-nCoVN直接分化为心肌细胞,试验结果显示,对比正常的iPSC高达60%的分化率,iPSC-nCoVN在第12天仅少量的细胞表达肌钙蛋白T(TnT),大部分细胞死亡。这一分化实验证实了nCoVN能够破坏iPSC-nCoVN的多能性。

▲ iPSC-nCoVN失去多能性(图片来源:biorxiv)

结语

在该研究中,研究者首次提出nCovN可以抑制iPSC的多能性,降低增殖率,但不会引起iPSC的凋亡。据报道,冠状病毒的核衣壳蛋白促进TGF-β-inducedPAI-1表达,导致导肺纤维化,这可能也是iPSC-nCoVN转向成纤维细胞的可能途径。

该研究揭示了可能的新冠病毒致病机理,为这场抗疫战争又添一份力量!

参考资料:

1.https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.03.26.010694v1.full.pdf+html

2.iNature:重大进展 | 中国学者发现新冠病毒致病新机制:破坏诱导多能干细胞的多能性并将其转变为成纤维细胞

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