敲除猪UBE2J1抑制乙型脑炎病毒复制的功能研究

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猪流行性乙型脑炎是一种普遍流行于猪场中的急性人畜共患传染病,对猪的繁殖系统有着巨大危害。该病由流行性乙型脑炎病毒(Japanese Encephalitis Virus,JEV)引起,因此本实验室前期采用构建猪的全基因组CRISPR/Cas9敲除文库策略,经高通量筛选出参与病毒复制的关键宿主因子。通过对存活的敲除细胞文库进行高通量测序以及生信分析,发现一条靶向UBE2J1(Ubiquitin Conjugating Enzyme E2 J1)的sg RNA高度富集。文献报道UBE2J1参与了多种黄病毒科病毒的复制,但其与JEV复制的关系还未见报道。本研究首先针对JEV的易感细胞—猪肾细胞(PK-15),利用CRISPR/Cas9技术成功构建出了UBE2J1敲除细胞系(UBE2J1-KO),之后通过病毒空斑实验、免疫荧光实验、荧光定量PCR以及Western Blot实验,进一步评估了敲除UBE2J1对JEV复制的影响。随后,通过透射电镜观察比较了UBE2J1敲除细胞与野生型细胞在亚细胞水平的差别。最后,利用转录组测序探究敲除UBE2J1抑制JEV复制的可能原因。获得的结果如下:(1)利用CRISPR/Cas9技术,成功构建了两株UBE2J1敲除细胞系,不影响细胞的正常增殖,发现UBE2J1-KO#1细胞系存在10个碱基的缺失,而UBE2J1-KO#2则存在1个碱基的缺失,经检测发现两株细胞系中的UBE2J1蛋白完全缺失;(2)为评估敲除UBE2J1后抑制JEV的复制作用,首先通过病毒空斑实验,发现敲除UBE2J1后细胞中的病毒含量降低;其次,免疫荧光实验和Western Blot实验表明,敲除UBE2J1后细胞中JEV编码的NS3蛋白表达量降低;最后,通过荧光定量PCR检测发现,敲除UBE2J1能显著降低JEV拷贝数(P<0.05);(3)敲除UBE2J1可显著抑制JEV与PK-15细胞结合(P<0.05),从而降低了JEV进入细胞的病毒载量;(4)利用透射电镜观察细胞的亚细胞结构,发现UBE2J1敲除细胞的内质网形态发生改变,略显膨大。与野生型细胞感染JEV后发生的内质网破裂不同,UBE2J1敲除细胞能够抵抗JEV诱导产生的内质网空泡化,保持内质网的结构完整。推测敲除UBE2J1可能通过改变JEV复制场所,即内质网的形态进而抑制其复制;(5)通过转录组测序分析敲除UBE2J1后引起的基因表达差异情况,首先发现敲除UBE2J1会导致大量基因差异表达;进一步通过PPI互作网络分析(proteinprotein interaction,PPI)以及基因集富集分析(Gene Set Enrichment Analysis,GSEA)发现,在JEV感染后,与野生型细胞相比,UBE2J1敲除细胞中上调表达的差异表达基因主要富集在干扰素信号通路;最后通过荧光定量PCR实验检测,发现敲除UBE2J1后,干扰素信号通路相关基因的转录水平呈现明显的上调趋势。推测敲除UBE2J1可能是激活了干扰素信号通路相关基因的表达,进而抑制了JEV的复制。本研究基于猪的全基因组CRISPR/Cas9敲除文库筛选发现的UBE2J1基因进行深入研究,发现该基因可能是干扰素信号通路的负调控因子,敲除该基因后能够显著抑制JEV复制,保护内质网不产生JEV诱导的空泡化。本研究为了解JEV与宿主互作提供了理论依据,并且为治疗流行性乙型脑炎提供了一个潜在的药物作用靶点。
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