Molecular basis of Zika-induced microcephaly

寨卡病毒引起的小头畸形的分子基础

• 批准号: 10220150
• 负责人: JOSEPH G GLEESON
• 金额: $ 55.7万
• 依托单位: UNIVERSITY OF CALIFORNIA, SAN DIEGO
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2018-09-30 至 2022-02-28
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10220150
• 关键词: Antiviral Agents; Apoptotic; Binding Proteins; Bioinformatics; Brain; Cell Communication; Cell Cycle; Cell Death; Cell Proliferation; Cell Survival; Cells; Cerebral cortex; Cerebrum; Cessation of life; Cleaved cell; Collaborations; Complex; Cytokinesis; Data; Defect; Development; Disease; Drug Targeting; Embryo; Exposure to; Failure; Fetus; Flavivirus; Genetic; Genetic Transcription; Goals; HIV/HCV; Health; Human; Human Genetics; Immune response; Immune system; Impairment; Individual; Injections; Knock-out; Knowledge; Lead; Long-Term Effects; Mass Spectrum Analysis; Mediating; Methods; Microcephaly; Modeling; Molecular; Mutation; Neurons; Outcome; Pathway interactions; Peptide Hydrolases; Pharmaceutical Preparations; Play; Pre-Clinical Model; Prevention; Protease Inhibitor; Proteins; Proteome; Proteomics; Public Health; Publishing; RNA; RNA Viruses; Recommendation; Research; Risk; Role; Series; Serine Protease; Severities; Signal Transduction; Site; Stress; Tamoxifen; Testing; Therapeutic; Toxic effect; Transgenic Organisms; Tropism; Viral; Viral Genome; Viral Proteins; Virus; Woman; Work; ZIKA; ZIKV infection; Zika Virus; base; cytotoxic; experience; experimental study; fetal; global health; in vivo; in vivo Model; knock-down; lateral ventricle; molecular pathology; mouse model; nerve stem cell; neurogenesis; neuron loss; neuronal survival; neurotoxicity; overexpression; polypeptide; pregnant; prevent; relating to nervous system; small molecule; small molecule inhibitor; stem cell biology; stem cells

Abstract    Zika  virus  (ZIKV)  represents  a  new  threat  to  global  health,  with  particular  relevance  to  the  developing  brain  and  risk  of  congenital  microcephaly.  The  basis  by  which  ZIKV  leads  to  neuronal  death  in  the  brain  of  the  fetus  is  unknown,  but  presumably  relates  to  effects  of  ZIKV  proteins  on  cellular  health.  ZIKV  is  an  RNA  Flavivirus  encoding  10  proteins  including  the  NS2B/NS3 heterodimer  that  forms an active  serine protease  involved  in  cleavage  of  the  ZIKV  polypeptide  into individual proteins.    Here  we  propose  to  study  the  molecular  basis  of  ZIKV-­induced  microcephaly.  We  hypothesize  that  the  ZIKV  protease  can  function  to  cleave  cytosolic host  cellular  proteins  in  neural  precursor  cells,  leading  to  a  range  of  cellular  defects, contributing to toxicity. This application brings together three experienced research groups with a track record of  collaboration on ZIKV. Our published work has focused on tropism of ZIKV for neural precursor cells, interaction of ZIKV  with  the  immune  system,  small  molecule  inhibitors  of  ZIKV,  and  effect  of  ZIKV  on  neuronal  survival.  We  have  also  published  on  neural  stem  cell  biology,  recessive  human  genetic  microcephaly  mutations,  and  flavivirus  molecular  pathology.  Our preliminary data  demonstrates  that ZIKV  NS2B/NS3 misexpression  can  mediate  cell death,  in  a manner  similar  to  ZIKV-­induced  cell  death.  Cell  death  can  be  abrogated  with  a  protease-­inactive  mutation  or  by  inhibition  of  protease  activity  through  ZIKV  protease  inhibitors  (ZPIs).  Proteomic  analysis  identified  a  series  of  proteins  bound  to  the  ZIKV  protease,  which  we  term  the  ZIKV  Protease-­Ome  (ZPO),  at  least  one of  which  is  a direct  cleavage  target  of  ZIKV  NS2B/NS3,  and  leads  to  blocked  cytokinesis  and  cell  death  when  inactivated,  in  a  manner  similar  to  ZIKV-­induced  cell  death.    The  goal  of  this  application  is  to  discover  the  molecular,  cellular  and  genetic  basis  by  which  ZIKV  proteins  mediate  neuronal  cell  death,  particularly  in  the  context  of  mammalian  cerebral  cortical  development.  We  combine  mass  spectrometry  analysis,  protein  interaction  networks,  advanced  bioinformatics,  neuronal  culture  models,  analysis  of  cell  cycle  dynamics,  and  in  vivo  modeling.  Importantly,  we  will  focus  on  differences  between  toxicity  observed  with  ZIKV  proteins  and  other  sequence-­similar  flaviviruses  that  do  not  mediate  neuronal  death,  and  will  study  the  mechanisms  of  the particular neuronal vulnerability to cell death following ZIKV exposure. We will: 1] Test ZPO constituents to determine  which  are  direct  protease  targets  of  ZIKV  NS2B/NS3.  2]  Test  ZPO  to  determine  mechanisms  by  which  ZIKV  NS2B/NS3-­mediated  cleavage  leads  to  neuronal  death.  3]  Test  the  short  and  long  term  effects  of  ZIKV  protease  expression  on  the  developing  brain,  and  the  degree  of  rescue  by  inhibition  of  the  ZIKV  protease.  The  goal  of  these  experiments  is  to  determine  how  specific  components  of  the  ZIKV  genome  lead  to  disrupted  cortical  development,  to  determine  mechanisms  by  which  ZIKV  impairs  cell  survival,  and  whether  medications  might  benefit  women  exposed  to  ZIKV during fetal brain development.

摘要： 寨卡病毒(ZIKV)是对全球儿童健康的一种新的威胁，尤其与儿童发育中的脑部疾病和儿童的风险控制具有相关性。 先天性小头畸形。ZIKV导致胎儿脑部神经元性死亡的原因尚不清楚，但目前尚不清楚。 推测这与ZIKV病毒蛋白对细胞和健康的影响有关，该病毒是一种黄病毒核糖核酸，编码约10种蛋白质。 包括NS2B/NS3异源二聚体，它形成了一种活性很高的丝氨酸蛋白酶，参与了ZIKV多肽的切割过程。 转化为单独的蛋白质。 在这里，我们建议对ZIKV诱导的儿童小头畸形的分子生物学基础进行研究。我们提出了可能的假设。 蛋白水解酶可以裂解神经细胞前体细胞中的胞浆和宿主细胞内的蛋白质，从而导致细胞内多种蛋白质的合成。 缺陷，也是导致毒性的因素。这个项目应用程序将三个经验丰富的项目研究团队聚集在一起，他们拥有良好的项目跟踪和记录。 在ZIKV上的合作。我们发表的研究工作主要集中在ZIKV对神经前体细胞的趋向性研究，以及ZIKV的相互作用。 随着人类免疫系统的成熟，小分子药物抑制剂的作用，以及ZIKV对神经元存活的影响，我们也发现了。 发表在神经干细胞和生物学上的研究报告，隐性的人类遗传性小头畸形症和突变，以及黄病毒的分子。 病理学。我们的初步研究数据表明，ZIKV/NS2B/NS3基因的错误表达可以以一种新的方式间接调节细胞死亡。 类似于ZIKV诱导的细胞死亡。细胞死亡可以通过一种蛋白酶失活的基因突变来消除，或者通过抑制基因的表达来消除。 蛋白水解酶活性是通过ZIKV蛋白水解酶抑制剂(ZPIs)来检测的。蛋白质组学分析已经确定了一系列与蛋白质结合的蛋白质。 ZIKV蛋白酶，我们称之为ZIKV蛋白酶-Ome酶(ZPO)，至少有一种酶是ZIKV的直接切割靶标。 NS2B/NS3等基因失活后，会导致胞质分裂受阻和细胞死亡，其方式类似于ZIKV诱导的细胞死亡。 死亡。他说。 这项技术应用研究的主要目标是在此之前进一步发现ZIKV识别蛋白质的分子、细胞和遗传基础。 调节神经细胞的死亡，特别是在哺乳动物大脑和皮质细胞发育的背景下。我们应该结合大众。 光谱分析、蛋白质和相互作用网络、先进生物信息学、神经元细胞培养和模型、细胞分析技术。 活体建模中的循环动力学、动力学和动力学。更重要的是，我们将继续关注与ZIKV观察到的毒性之间的差异。 蛋白质和其他类似的黄病毒不能直接介导神经细胞的死亡，我们将继续研究它们的致病机制。 在暴露于ZIKV病毒之后，特别是神经元的脆弱性导致了细胞的死亡。我们将：测试ZPO的成分以确定。 这些是直接作用于ZIKV的蛋白水解酶。NS2B/NS3。测试ZPO的目的是进一步确定ZIKV的作用机制。 NS2B/NS3介导的细胞分裂导致神经元死亡。[3]测试ZIKV蛋白水解酶的短期和长期影响。 在发育中的大脑上表达，通过抑制ZIKV蛋白水解酶的表达来控制和控制救援的程度。这是这些研究的主要目标。 据报道，目前正在进行的实验将进一步确定ZIKV基因组中的特定基因成分如何导致大脑皮质发育受阻。 通过确定ZIKV可能损害细胞存活的机制，以及其他药物是否可能有益于暴露在病毒中的女性。 ZIKV是在胎儿大脑发育期间出生的。