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重要成果!首次绘制非洲猪瘟感染的原代巨噬细胞基因表达全景式图谱

中国科学院 2022-05-07

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2022年5月5日,中国科学院微生物研究所高福院士团队、中国农业科学院哈尔滨兽医研究所仇华吉研究员团队、北京大学汤富酬教授团队合作,在PNAS上在线发表了题为 Transcriptome Profiling in Swine Macrophages Infected with African Swine Fever Virus at Single-Cell Resolution 的研究论文。

2022年5月5日,中国科学院微生物研究所高福院士团队、中国农业科学院哈尔滨兽医研究所仇华吉研究员团队、北京大学汤富酬教授团队合作,在PNAS上在线发表了题为 Transcriptome Profiling in Swine Macrophages Infected with African Swine Fever Virus at Single-Cell Resolution 的研究论文。该研究首次绘制了(African swine fever virus,ASFV)感染的原代巨噬细胞基因表达全景式图谱,揭示病毒与宿主分子之间的关联模式以及病毒复制所调控的宿主细胞信号通路。

 

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ASFV是非洲猪瘟的病原。非洲猪瘟是严重危害全球养猪业的一种烈性传染病,是养猪业的“头号杀手”。目前由于对ASFV感染和致病机制的认知不足,人们难以研发安全有效的疫苗和抗病毒策略。病毒感染宿主细胞会引发宿主基因表达模式的改变,进而决定宿主细胞的命运。ASFV感染会诱导机体大量免疫细胞的衰竭,进而导致感染个体无法建立有效的抗病毒应答,而ASFV诱导靶细胞基因表达模式的全景以及诱导细胞衰竭的机制目前尚不明确。单细胞转录组测序技术是在单个细胞水平上研究基因表达模式的强大工具,可为解析病毒的感染和致病机制提供科学依据。

 

该研究利用ASFV感染的原代猪肺泡巨噬细胞,通过单细胞转录组测序技术,发现不同ASFV基因的表达模式存在时间规律性,这为病毒基因的功能注释提供了重要依据。此外,该研究还发现巨噬细胞的基因表达模式在病毒暴露环境下会发生明显变化,其中干扰素刺激基因(Interferon-stimulated gene,ISG)、炎症反应相关基因、细胞因子相关基因的表达均出现显著上调。

 

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图1. 单细胞转录组测序揭示ASFV感染巨噬细胞的转录组图谱

 

通过进一步的探索,该项研究将感染暴露环境下的细胞区分为感染细胞和非感染细胞,感染细胞中不同细胞的病毒载量存在异质性。研究者发现在高病毒载量细胞中,宿主细胞上调了细胞代谢相关的基因(例如能量代谢),而下调了ISG等免疫相关的基因以及未折叠蛋白反应(Unfolded protein response,UPR)相关的基因。同时该研究构建了ASFV病毒蛋白与宿主分子的关联模式,发现病毒基因表达水平和细胞代谢相关基因表达水平呈现正相关关系。此外,本研究发现肿瘤坏死因子α(TNF-α)是ASFV诱导细胞凋亡的主要因素。

 

该项研究是国际上首次报道ASFV感染巨噬细胞的单细胞转录组图谱研究,揭示了病毒调控宿主细胞的重要信号通路。研究为解析ASFV感染诱导免疫细胞大量衰竭进而无法建立有效的抗病毒应答提供了重要科学依据,并为深入阐明ASFV致病机制提供了理论基础。

 

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图2. ASFV病毒蛋白和宿主分子之间的交互作用

 

中国科学院微生物研究所高福院士、中国农业科学院哈尔滨兽医研究所仇华吉研究员、北京大学汤富酬教授、中国科学院微生物研究所毕玉海研究员为该论文的共同通讯作者。中国科学院微生物研究所郑宇轩博士后、李世华助理研究员、中国农业科学院哈尔滨兽医研究所李素副研究员和于少雄博士为并列第一作者。中国科学院微生物研究所王奇慧研究员、中国农业科学院哈尔滨兽医研究所硕士生张柯慧、屈亮和孙元研究员为论文的共同作者。


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