科学家揭秘巨型病毒感染初始阶段及新技术实现固定组织中蛋白质和RNA多重数字空间分析

作者: 小柯

来源: 中国科学报

发布日期: 2020-05-13

科学家们揭秘了巨型病毒感染的初始阶段,并开发出固定组织中蛋白质和RNA的多重数字空间分析技术。这些研究成果分别发表在《细胞》、《免疫》和《自然—生物技术》上,揭示了病毒感染机制和新的分析技术在生物医学研究中的应用潜力。

“小柯”是一个科学新闻写作机器人,由中国科学报社联合北京大学高水平科研团队研发而成,旨在帮助科学家以中文方式快速获取全球高水平英文论文发布的最新科研进展。美国密歇根州立大学Kristin N. Parent、巴西里约热内卢联邦大学Juliana R. Cortines等研究人员,合作利用结构和组学技术表征了巨型病毒感染的初始阶段。该项研究成果5月8日在线发表于《细胞》。

为了回答有关巨型病毒感染机制的问题,研究人员鉴定了促进巨型病毒基因组释放的生物分子条件。研究人员通过冷冻电镜、冷冻电子体层摄影术和扫描电镜观察到了桑巴病毒(Mimivirus属,谱系A)的4种感染中间体。这四种中间体均反映出与体内发生的阶段相似的形态。研究人员发现,这些基因组释放阶段在其他Mimivirus中是保守的。

最后,研究人员通过差异质谱鉴定了从桑巴病毒和新发现的Tupanvirus中释放的蛋白质。这项工作表明,引发感染的分子力在不同巨型病毒中是保守的。这项研究还首次鉴定了在巨型病毒感染初期释放的特定蛋白质。据悉,自发现以来,巨型病毒扩大了人们对病毒学原理的了解。由于其庞大的规模和复杂性,人们对这些病毒的生命周期知之甚少。

比利时根特大学Bart N. Lambrecht、Martin Guilliams等研究人员合作发现,炎性2型cDC获得cDC1和巨噬细胞的特征来协调免疫呼吸道病毒感染的能力。该项研究成果5月8日在线发表于《免疫》。研究人员表示,IRF8+1型和IRF4+2型常规树突状细胞(分别为cDC1和cDC2)之间表型和功能的区分已广为接受。

但尚不清楚当另外单核细胞来源的细胞(MC)变成合格的抗原呈递细胞(APC)时,这种区分在炎症条件下的功能如何。在呼吸道病毒感染的模型中使用单细胞技术,研究人员发现肺cDC2获得了与MC共享的Fc受体CD64以及与cDC1共享的IRF8的表达。这些炎性cDC2(inf-cDC2)在诱导CD4+T辅助(Th)细胞极化以及同时呈递抗原给CD8+T细胞方面表现优异。

当与inf-cDC2分离后,MC缺少APC功能。Inf-cDC2响应于细胞内Toll样受体和1型干扰素受体信号转导而成熟,上调IRF8依赖性成熟模块,并通过恢复期血清和Fc受体获得抗原。因为杂交inf-cDC2很容易与单核细胞来源的细胞混淆,所以它们的存在可以解释为什么APC功能被看做MC。

美国NanoString技术公司Joseph M. Beechem、Christopher R. Merritt等研究人员合作,开发出固定组织中蛋白质和RNA的多重数字空间分析技术。该项研究成果5月11日发表于《自然—生物技术》。研究人员研发的数字空间分析(DSP)是一种适用于福尔马林固定、石蜡包埋样品的蛋白质或RNA空间分析方法。

该方法依赖于(1)使用寡核苷酸标签对蛋白质或RNA进行多重读取;(2)通过光切割接头与亲和试剂(抗体或RNA探针)连接的寡核苷酸标签;(3)剪切光投射到组织样品上,以PC寡核苷酸以任何空间模式释放覆盖1至5000个细胞的目标区域(ROI)。DSP能够使用抗体读数在ROI内实现单细胞敏感性,并且RNA检测可适用至约600个单独的mRNA转录本。

研究人员通过使用nCounter系统显示了淋巴样、结直肠肿瘤和自身免疫组织中多达44种蛋白质和96个基因(928个RNA探针)的空间概况分析,并通过使用下一代测序显示了1412个基因(4998个RNA探针)。DSP不仅可以用于分析生物库样品中的蛋白质和RNA,而且可以用于分析患者样品中的免疫标记物,具有影响临床决策的潜力。

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