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ag亚游集团官网生物信息学与病原学团队发现哺乳动物病毒受体新特征

2018年08月22日  ag网站亚游登录点击:[]

病毒受体对于病毒进入宿主细胞非常关键,很大程度上决定了病毒的组织与宿主特异性。目前病毒受体的确定主要采用实验方法,不仅费时费力,而且非常困难。科学家估计地球上可能感染人的病毒有几十万种,但迄今为止只有100多种病毒的受体得到了确定。如何更有效地确定病毒的受体是病毒学研究中的重要挑战。随着大数据时代的到来,生物信息学在生物医学研究中发挥着越来越重要的作用。2018年8月9日来自ag亚游集团官网生物信息学与病原学研究团队在国际生物信息学专业权威期刊《Bioinformatics》发表题为Membrane proteins with high N-glycosylation, high expression, and multiple interaction partners were preferred by mammalian viruses as receptors的文章。

在本研究中研究团队通过文本挖掘与数据分析,构建了迄今为止最全的高质量的哺乳动物病毒-受体相互作用数据库viralReeptor(见链接http://www.computationalbiology.cn:5000/viralReceptor),其中包括128种病毒与119个病毒受体构成的268对病毒-受体相互作用。基于该数据库,研究团队发现病毒与受体之间呈现非常明显的一对多或者多对一的关系:40%的病毒会使用两种及以上的病毒受体,38%的病毒受体会被两种及以上的病毒使用,其中接近20%的病毒受体会被来自不同家族的病毒使用。

为了研究病毒受体为何会被病毒选择,研究团队从受体的结构、功能、进化与表达等方面系统研究了哺乳动物病毒受体的特征。与细胞膜蛋白、膜蛋白或者整个细胞内的蛋白组相比,哺乳动物病毒受体具有以下重要的特征:

在结构方面,病毒受体的结构非常多样,所包含的结构域数目更多;

在功能方面,病毒受体的N-糖基化水平明显更高,这可能与病毒表面蛋白有关;病毒受体在蛋白相互作用网络中的相互作用蛋白数目明显更多,超过其他蛋白的一倍以上,而且与它们相互作用的蛋白明显富集到细胞内的转运蛋白,这提示病毒受体可能与细胞膜上负责物质出入的“门户”有直接或者间接的关系。

在表达方面,哺乳动物病毒受体在常见的32种组织中的表达量远远超过其他的蛋白质,平均来说可以达到细胞膜蛋白的五倍。这可能是因为这些病毒受体与多个蛋白相互作用,需要更多的表达量来实现这些功能。

综上,本项研究整理得到的哺乳动物病毒-受体相互作用数据库以及得到的哺乳动物病毒受体新特征,不仅可以帮助实验生物学家更有效地寻找病毒受体,而且可以为哺乳动物病毒跨物种传播风险提供参考。本研究团队正在进行的工作包括发展计算方法预测病毒受体,以及进一步研究病毒受体与病毒跨物种传播风险的关系。

本工作相关结果于2018年8月9日在线发表于国际生物信息学专业权威期刊《Bioinformatics》,论文原文链接如下:https://academic.oup.com/bioinformatics/advance-article/doi/10.1093/bioinformatics/bty694/5068594?guestAccessKey=25411fae-3fb2-496c-aa1f-f635b890096a

来自ag网站亚游登录的博士研究生张征与朱兆中为共同第一作者,ag网站亚游登录生物信息中心的彭友松副教授和病原生物学与免疫学研究所的朱海珍教授,以及来自中国医学科学院的蒋太交教授为本论文的共同通讯作者。本工作受到国家重点研发计划(2016YFD0500300 and 2016YFC1200200),国家自然科学基金(31500126, 31671371, 81730064与81571985),国家科技重大专项(2017ZX10202201)以及中国医学科学院(2016-I2M-1-005)的支持。

Abstract

Receptor mediated entry is the first step for viral infection. There are thousands of cell membrane proteins, yet only a few of them were identified as viral receptors. How the virus selects receptors is an unsolved important question. Here, by manually curating a high-quality database of 268 pairs of mammalian virus-host receptor interaction, which included 128 unique viral species or sub-species and 119 virus receptors, we found the viral receptors were structurally and functionally diverse, yet they had several common features when compared to other cell membrane proteins: more protein domains, higher level of N-glycosylation, higher ratio of self-interaction and more interaction partners, and higher expression in most tissues of the host. Additionally, the receptors used by the same virus tended to co-evolve. This work could deepen our understanding towards the viral receptor selection and help for identification of viral receptors.

来源:ag网站亚游登录生物信息学中心


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