畜牧兽医学报  2023, Vol. 54 Issue (2): 683-693. DOI: 10.11843/j.issn.0366-6964.2023.02.025    PDF    
热休克蛋白HSP90B1影响牛病毒性腹泻病毒复制的研究
陈俊贞, 权冉, 付强, 葛丽娟, 袁圆圆, 张成远, 李建林, 史慧君     
新疆农业大学动物医学学院, 乌鲁木齐 830052
摘要:旨在探究热休克蛋白90 β家族成员1(heat shock protein 90 beta family member 1,HSP90B1)对牛病毒性腹泻病毒(bovine viral diarrhea virus,BVDV)复制的影响。本研究通过实时荧光定量聚合酶链式反应(quantitative real time polymerase chain reaction,qRT-PCR)和Western blot检测BVDV感染MDBK细胞后HSP90B1 mRNA和蛋白的表达情况,利用CRISPR/Cas9技术构建HSP90B1 KO细胞,计数检测敲除HSP90B1对细胞生长的影响,BVDV TC株感染HSP90B1 KO和对照组Scramble细胞后,使用qRT-PCR、免疫荧光、病毒滴度以及细胞病变效应(cytopathic effects,CPE)检测BVDV的复制情况。结果表明,qRT-PCR检测显示BVDV感染24 h时与空白组相比HSP90B1 mRNA转录水平显著升高(P < 0.05),36 h后极显著升高(P < 0.01),同时Western blot显示BVDV感染组HSP90B1蛋白的表达水平较未感染组明显增加;Western blot检测显示,与MDBK细胞相比HSP90B1 KO细胞中的HSP90B1蛋白表达量明显降低;细胞计数显示,相同生长时间的Scramble、HSP90B1 KO细胞与MDBK细胞的数量未见差异;qRT-PCR结果显示,与对照组相比,HSP90B1 KO细胞中BVDV 5'UTR RNA水平在BVDV感染12 h后显著降低(P < 0.05),36 h后极显著降低(P < 0.01);免疫荧光检测结果显示,与对照组相比,HSP90B1 KO细胞中的绿色荧光明显减少;BVDV感染后病毒滴度与对照组相比,12 h后HSP90B1 KO的病毒滴度显著降低(P < 0.05),36 h后极显著降低(P < 0.01),CPE显示,在感染12 h后对照组细胞出现明显CPE,而HSP90B1 KO细胞仅显示出少量CPE,感染36 h后HSP90B1 KO细胞出现明显CPE,此时对照组细胞出现大量CPE并有细胞脱落。以上结果表明BVDV诱导MDBK细胞中HSP90B1的表达;利用CRISPR/Cas9技术成功敲除MDBK细胞的HSP90B1基因,构建HSP90B1 KO细胞,试验表明敲除HSP90B1能够抑制BVDV的复制。
关键词热休克蛋白    牛病毒性腹泻病毒    CRISPR/Cas9    复制    
Study on the Effect of Heat Shock Protein HSP90B1 on the Replication of Bovine Viral Diarrhea Virus
CHEN Junzhen, QUAN Ran, FU Qiang, GE Lijuan, YUAN Yuanyuan, ZHANG Chengyuan, LI Jianlin, SHI Huijun     
College of Veterinary Medicine, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China
Abstract: The present study was aimed to investigate the effect of heat shock protein 90 beta family member 1 (HSP90B1) on the replication of bovine viral diarrhea virus (BVDV). The expression of HSP90B1 mRNA and protein in MDBK cells after BVDV infection were detected by using quantitative real time polymerase chain reaction (qRT-PCR) and Western blot. HSP90B1 KO cells were constructed using CRISPR/Cas9 technology. The effect of knockdown of HSP90B1 on cell growth was detected by counting. After infecting with BVDV TC strain, BVDV replication in HSP90B1 KO and control Scramble cells were detected using qRT-PCR, immunofluorescence, viral titer and cytopathic effects (CPE). The qRT-PCR results showed that the transcription level of HSP90B1 mRNA was significantly increased at 24 h after BVDV infection compared with the blank group (P < 0.05), and was significantly increased after 36 h (P < 0.01). Meanwhile, Western blot results showed that the expression level of HSP90B1 protein of BVDV infection group was significantly increased compared with the uninfected group; Western blot results showed that the expression of HSP90B1 protein in HSP90B1 KO cells was significantly lower than that in MDBK cells; There was no difference in the number of cells; qRT-PCR results showed that BVDV 5'UTR RNA levels in HSP90B1 KO cells were significantly reduced after 12 h of BVDV infection (P < 0.05) and highly significantly reduced after 36 h compared with the control group (P < 0.01); the results of immunofluorescence detection showed that the green fluorescence in HSP90B1 KO cells was significantly reduced compared with the control group; viral titer after BVDV infection was significantly lower in HSP90B1 KO compared to control (P < 0.05) after 12 h and highly significantly lower after 36 h (P < 0.01), CPE showed that control cells showed The CPE showed that control cells showed significant CPE after 12 h of infection, while HSP90B1 KO cells showed only a small amount of CPE, and HSP90B1 KO cells showed significant CPE after 36 h of infection, at which time control cells showed a large amount of CPE with cell shedding. The above results show that BVDV induces the expression of HSP90B1 in MDBK cells; the HSP90B1 gene in MDBK cells was successfully knocked out by CRISPR/Cas9 technology, and HSP90B1 KO cells were constructed, experiments show that knockout of HSP90B1 can inhibit BVDV replication.
Key words: heat shock protein    bovine viral diarrhea virus    CRISPR/Cas9    replication    

牛病毒性腹泻病毒(bovine viral diarrhea virus,BVDV)与猪瘟病毒(classical swine fever virus,CSFV)、羊边界病病毒(border disease virus,BDV)同属于黄病毒科(Flaviviridae)、瘟病毒属(Pesztivirus)[1],是牛病毒性腹泻/黏膜病(bovine viral diarrhea/mucosal disease,BVD/MD)的主要病原,易感动物有牛、羊、骆驼等[2]。BVDV感染后会损伤机体的呼吸和生殖系统[3],且病毒会攻击免疫系统,使机体产生免疫抑制[4],随后出现继发感染,对组织、器官等造成严重损伤。近年来,随着畜牧业的快速发展,进出口运输频繁,促进了BVDV的传播,对畜牧养殖业的健康发展造成严重危害,并且对相关生物制品的安全性产生了不利影响。BVDV病毒的致病机制复杂,感染范围较广[5],明确该病毒的感染机制可以为预防和治疗BVD提供高效的方法和新的思路。

热休克蛋白90 β家族成员1(heat shock protein 90 beta family member 1,HSP90B1)是一种由内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS)诱导的蛋白[6],属于热休克蛋白90(heat shock protein 90 kDa,HSP90)家族,在蛋白折叠和质量控制中发挥关键作用[7],对Ca2+稳态、ERS以及宿主防御有重要影响[7-8]。HSP90家族的分子伴侣活性对于病毒蛋白的组装、成熟和维持都有重要作用,如在麻疹和尼帕病毒的L聚合酶折叠中的作用[9],并且能够参与到柯萨奇病毒、脊髓灰质炎病毒和鼻病毒等小核糖核酸病毒的衣壳加工和组装[10]。有研究显示,调控HSP90B1表达可以抑制黄病毒的复制,包括登革热病毒和寨卡病毒[11],能够导致人免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)感染细胞中CD4受体的表达显著增加[12],HSP90B1蛋白表达的差异可能是PEDV致病性差异的原因之一[13],还有研究发现病毒糖蛋白E2能够激活ERS反应并诱导HSP90B1的转录,敲低HSP90B1能够抵消E2的抗细胞凋亡作用[14]。课题组以往研究使用BVDV感染胎牛肾细胞(Madin-Darby bovine kidney,MDBK)细胞后进行蛋白组学分析,结果与空白组相比HSP90B1极显著性差异表达,以此推测HSP90B1可能是影响BVDV复制的关键基因之一,使用BVDV感染MDBK细胞后,通过蛋白和mRNA水平检测了HSP90B1的表达,再利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除MDBK细胞的HSP90B1基因,构建HSP90B1 KO细胞,感染BVDV后,通过免疫荧光,qRT-PCR,病毒滴度以及CPE检测病毒的复制情况,结果显示BVDV感染MDBK细胞后,HSP90B1的蛋白水平和mRNA的转录水平均显著性上升,敲除MDBK细胞的HSP90B1基因能够显著性抑制BVDV的复制,为研究BVDV的致病机制以及BVD的综合防控奠定基础。

1 材料与方法 1.1 病毒、质粒及细胞

BVDV TC分离株由新疆农业大学动物医学学院传染病实验室冉多良教授惠赠[15];pSPAX2、pMD2.G、lentiCRISPR v2、pLenti-GFP质粒购自Addgene公司;胎牛肾细胞和人胚肾293T细胞(Human embryo kidney 293T,HEK-293T)购自中国科学院典型培养物保藏委员会细胞库。

1.2 主要试剂

兔抗GRP94抗体(bs-0194R)购自北京博奥森生物技术有限公司;大肠杆菌Stbl3感受态细胞购自北京博迈德基因技术有限公司;普通琼脂糖凝胶DNA回收试剂盒和SuperReal PreMix Plus(SYBR Green)购自北京天根生化科技有限公司;苯甲基磺酰氟(Phenylmethanesulfonyl fluoride,PMSF)、RIPA裂解液、BeyoECL Moon化学发光试剂盒和嘌呤霉素购自上海碧云天生物技术有限公司;胰蛋白胨、酵母浸粉、固体琼脂粉购自上海生工生物工程股份有限公司;TRIzol购自Ambion公司;高糖DMEM和胎牛血清(Fetal bovine serum,FBS)购自BI公司;Endofree PlasmidMiniprep Kit购自BIOMIGA公司;磷酸盐缓冲液(phosphate buffered saline,PBS)和0.25%Trypsin-EDTA购自GIBCO公司;T4 DNA Ligase和BsmBⅠ购自New England Biolabs公司;聚乙烯亚胺(Poly ethylenimine,PEI)购自Polysciences公司;GAPDH MAb、HRP标记的山羊抗兔IgG(H+L)和Cy3标记山羊抗鼠IgG(H+L)购自Proteintech公司;J2 anti-dsRNA IgG2a单克隆抗体(MAb)购自Scicons公司;聚凝胺购自Sigma公司;PrimeScriptTM RT Master Mix(Perfect Real Time)试剂盒购自TaKaRa公司。

1.3 qRT-PCR检测HSP90B1 mRNA转录水平

将MDBK细胞按3×105个·孔-1的密度接种至6 cm细胞培养皿,置于细胞培养箱中培养至汇合度约70%时,加入10 000 TCID50 BVDV TC株感染细胞,分别于24、36和48 h时,加入TRIzol裂解液提取细胞和培养液的总核糖核酸(RibonucleicAcid,RNA),测定浓度后将1 μg总RNA反转录为cDNA;以此为模板,按照PrimeScriptTM RT Master Mix(Perfect Real Time)说明书配制体系[16],qRT-PCR检测HSP90B1 mRNA的转录水平。

1.4 Western blot检测HSP90B1蛋白表达水平

将1×106个MDBK细胞接种至10 cm细胞培养皿,待细胞密度达到80%左右时,感染10 000 TCID50 BVDV TC株,48 h后加入600 μL含1 mmol·L-1 PMSF的RIPA裂解液提取总蛋白,测定浓度后变性60 μg总蛋白,利用Western blot检测HSP90B1蛋白含量,一抗分别为GRP94抗体(1∶1 000) 和GAPDH抗体(1∶1 000),二抗为山羊抗兔IgG-HRP(1∶5 000)。

1.5 构建lentiCRISPR v2-HSP90B1/Scramble-sgRNA重组质粒

根据GenBank数据库中牛源HSP90B1的基因序列(登录号:282646),使用Benchling(www.benchling.com)和Chop-Chop(www.chopchop.cbu.uib.no)设计HSP90B1-sgRNA和Scramble序列(表 1),送至金唯智生物(苏州)科技有限公司合成;将合成的HSP90B1-sgRNA和Scramble的Forward、Reverse各取10 μL(100 μmol·L-1),37 ℃孵育30 min,95 ℃孵育5 min后梯度降温至25 ℃(5 ℃·min-1),合成双链sgRNA。利用限制性内切酶BsmBⅠ酶切lentiCRISPR v2质粒,利用1%琼脂糖凝胶电泳验证后,回收12 000 bp处的目的条带,将合成的双链sgRNA连接至回收的线性载体中构建lentiCRISPR v2-HSP90B1/Scramble-sgRNA重组质粒;连接产物转化至大肠杆菌Stbl3感受态细胞,挑取单克隆菌落,对转化后的lentiCRISPR v2-HSP90B1/Scramble-sgRNA菌液进行PCR和测序鉴定。

表 1 sgRNA序列 Table 1 SgRNA sequence
1.6 HSP90B1 KO/Scramble细胞构建及检测

6 cm细胞培养皿用0.1%明胶包被30 min后,接种3×105个HEK-293T细胞,培养至汇合度约80%时,将3 μg pSPAX2、1.5 μg pMD2.G和3 μg lentiCRISPR v2-HSP90B1/Scramble-sgRNA质粒在1.5 mL离心管中混匀,加入37.5 μL PEI (1 mg·mL-1),细胞弃原培养液,加入2.5 mL DMEM和上述混合液,置于细胞培养箱中孵育3 h后更换含10% FBS的新鲜细胞培养液,置于细胞培养箱中培养48 h,收集上清液得到慢病毒HSP90B1-sgRNA和Scramble-sgRNA。同时转染pLenti-GFP质粒,包装GFP慢病毒,倒置荧光显微镜下观察绿色荧光表达情况,估算慢病毒包装效率。

向慢病毒HSP90B1-sgRNA和Scramble-sgRNA加入聚凝胺(终浓度为8 μg·mL-1)后悬浮感染MDBK细胞,同时设立GFP对照组以观察慢病毒感染效率;细胞培养箱中孵育24 h后更换含10% FBS的新鲜培养液,置于细胞培养箱中继续培养48 h,加入终浓度为3 μg·mL-1的嘌呤霉素,连续筛选4代获得HSP90B1 KO细胞和Scramble阳性细胞。分别收集5×106个HSP90B1 KO和Scramble细胞,提取总蛋白,测定蛋白浓度,检测HSP90B1的敲除效率。

1.7 细胞生长情况检测

按3×105个细胞·孔-1的密度将HSP90B1 KO、Scramble和MDBK细胞接种至6孔细胞培养板中,置于细胞培养箱中培养,分别于接种后24、48、72、96、120 h时用0.25% Trypsin-EDTA完全消化后收集细胞,1 000 r·min-1离心5 min后弃上清,加入1 mL培养液重悬细胞,显微镜下进行细胞计数。

1.8 qRT-PCR检测BVDV 5′UTR RNA水平

分别接种3×105个·孔-1HSP90B1 KO和Scramble细胞至6孔细胞培养板中,待细胞密度达到80%时,感染10 000 TCID50的BVDV TC株,于感染后12、24、36、48 h时收集细胞及培养液提取总RNA,反转录为cDNA,采用qRT-PCR检测BVDV 5′UTR RNA水平[17]

1.9 免疫荧光检测BVDV dsRNA含量

24孔细胞培养板铺爬片并用1%明胶包被30 min,按1×105个·孔-1的密度将HSP90B1 KO和Scramble细胞接种至细胞培养板中,待细胞贴壁后感染10 000 TCID50的BVDV TC株,于感染后12、24、36、48 h后收集爬片;PBS清洗后,加入200 μL 4%多聚甲醛,室温条件下固定15 min;清洗后加入200 μL含1%山羊血清的封闭液,室温孵育1 h;清洗3次后加入J2 anti-dsRNA IgG2a单克隆抗体(1∶1 200),4 ℃孵育过夜;清洗并加入Cy3标记山羊抗鼠IgG(H+L)二抗(1∶200),室温下避光孵育1 h;PBS清洗,滴加5 μL抗荧光猝灭封片剂,将爬片置于封闭液上进行封片;利用激光共聚焦显微镜观察荧光分布情况及强度。

1.10 BVDV感染HSP90B1 KO细胞后病毒滴度检测

以3×105个·孔-1的密度将HSP90B1 KO细胞和对照组Scramble细胞接种至6孔细胞培养板中,置于细胞培养箱中静置培养;待细胞贴壁后,加入10 000 TCID50 BVDV TC株感染细胞,于感染后12、24、36、48 h收集细胞和培养液,置于-80 ℃冰箱中反复冻融3次,液体转移至2 mL离心管,4 ℃ 1 000 r·min-1离心10 min,收集上清,采用Reed-Muench法测定各上清液中的病毒滴度。

1.11 BVDV感染HSP90B1 KO细胞CPE情况

按3×105个·孔-1的密度接种HSP90B1 KO和Scramble细胞至6孔细胞培养板中,置于细胞培养箱中培养,细胞密度约70%时,接种10 000 TCID50的BVDV TC株感染细胞,于感染后12、24、36和48 h时,使用倒置显微镜(TE2000U)观察细胞病变效应(cytopathic effects,CPE),并拍照进行对比。

1.12 统计分析

利用SPSS 19.0 for Windows(SPSS Inc. Chicago,IL,USA)对结果进行统计学分析。通过t检验确定统计学显著性(*.P<0.05;**.P<0.01)。

2 结果 2.1 qRT-PCR检测HSP90B1 mRNA转录水平

为检测BVDV感染MDBK对HSP90B1 mRNA转录水平的影响,使用BVDV TC株感染MDBK细胞后不同时间收集细胞总RNA,反转录cDNA,进行qRT-PCR检测,结果如图 1所示,与空白组相比病毒感染24 h时HSP90B1 mRNA转录水平显著升高(P<0.05),36和48 h时极显著升高(P<0.01),表明BVDV感染MDBK细胞导致HSP90B1 mRNA转录增加。

*. P<0.05; **. P<0.01;下同 *. P < 0.05; **. P < 0.01; the same as below 图 1 qRT-PCR检测BVDV感染MDBK细胞中HSP90B1 mRNA转录水平 Fig. 1 qRT-PCR detection of HSP90B1 mRNA transcript levels in BVDV-infected MDBK cells
2.2 Western blot检测HSP90B1蛋白表达

为进一步检测BVDV感染MDBK细胞对HSP90B1表达的影响,使用BVDV TC株感染MDBK细胞48 h后提取蛋白,进行Western blot检测,结果与空白组相比BVDV感染细胞后细胞中的HSP90B1蛋白表达水平明显增加(图 2),表明BVDV感染MDBK细胞使MDBK细胞内HSP90B1蛋白的表达量升高。

A. Western blot检测结果;B. 灰度值分析 A. Western blot assay results; B. grey scale value analysis 图 2 Western blot检测BVDV感染MDBK细胞中HSP90B1蛋白表达 Fig. 2 Western blot detection of HSP90B1 protein expression in BVDV-infected MDBK cells
2.3 lentiCRISPR v2-HSP90B1/Scramble-sgRNA重组质粒构建结果

为构建lentiCRISPR v2-HSP90B1/Scramble-sgRNA重组质粒,利用限制性内切酶BsmBⅠ酶切lentiCRISPR v2质粒,1%琼脂糖凝胶进行电泳检测,结果显示得到两条大小不同的条带,一条在12 000 bp,一条在2 000 bp(图 3),与预期结果一致,回收12 000 bp处的目的条带,将连接构建的重组质粒lentiCRISPR v2-HSP90B1/Scramble-sgRNA转化至Stbl3感受态细胞,挑取单克隆菌落PCR后,利用2%琼脂糖凝胶电泳检测重组质粒中HSP90B1 sgRNA和Scramble sgRNA是否连接成功,结果在260 bp处显示条带(图 4),同时送至公司进行测序并使用Snapgene (v4.2.4)软件绘制图谱,以上结果表明lentiCRISPR v2-HSP90B1/Scramble-sgRNA重组质粒构建成功。

Marker. DL10000 bp DNA相对分子质量标准;1、2. 酶切后lentiCRISPR v2 Marker. DL10000 bp DNA marker; 1, 2. lentiCRISPR v2 after digestion 图 3 lentiCRISPR v2酶切电泳结果 Fig. 3 LentiCRISPR v2 digestion electrophoresis results
Marker. DL500 bp DNA相对分子质量标准;1~12. lentiCRISPR v2-HSP90B1-sgRNA;13. 阴性对照 Marker. DL500 bp DNA marker; 1-12. lentiCRISPR v2-HSP90B1-sgRNA; 13. Negative control 图 4 菌液PCR电泳结果 Fig. 4 PCR electrophoresis results of bacterial solution
2.4 HSP90B1 KO/Scramble细胞构建及检测

为得到HSP90B1 KO/Scramble细胞,转染包装HSP90B1-sgRNA、Scramble-sgRNA和GFP慢病毒,悬浮感染MDBK细胞,使用荧光倒置显微镜观察GFP对照组的感染效率,结果在显微镜下观察到绿色荧光蛋白的表达量约为50%,表明感染效率为50%(图 5);加入终浓度为3 μg·mL-1的嘌呤霉素,连续筛选4代获得阳性细胞,提取细胞总蛋白,进行Western blot,结果与对照组相比HSP90B1蛋白的表达量明显降低(图 6),表明HSP90B1 KO细胞构建成功。

A. 明场下HEK-293T;B. 荧光通路下HEK-293T;C. 合并图。扫描文章首页OSID码可查看彩图 A. HEK-293T under bright field; B. HEK-293T under fluorescent pathway; C. Merged image. The color pictures can be found by scanning the OSID code on the front page of the article 图 5 慢病毒感染效率 Fig. 5 Lentiviral infection efficiency
A. Western blot检测结果;B. 灰度值分析 A. Western blot assay results; B. Grey scale value analysis 图 6 Western blot检测HSP90B1 KO细胞中HSP90B1蛋白的表达 Fig. 6 Western blot detection of HSP90B1 protein expression in HSP90B1 KO cells
2.5 细胞生长情况检测

为检测敲除HSP90B1基因对细胞生长的影响,将相同数量的不同细胞接种至6孔细胞培养板中,分时间段利用0.25%Trypsin-EDTA消化后,进行细胞计数,结果显示相同时间的Scramble、HSP90B1 KO细胞的数量与MDBK细胞相比未见差异(图 7),表明敲除HSP90B1对于细胞的生长没有影响。

图 7 细胞生长情况检测结果 Fig. 7 Cell growth test results
2.6 qRT-PCR检测BVDV 5′UTR RNA水平

为检测HSP90B1对BVDV 5′UTR RNA表达的影响,于BVDV感染后不同时间收集细胞及培养液,提取总RNA,应用qRT-PCR检测BVDV 5′UTR RNA水平,结果如图 8所示,与对照组Scramble细胞相比,病毒感染HSP90B1 KO细胞12 h后BVDV 5′UTR RNA水平显著降低(P<0.05),感染36 h后极显著性降低(P<0.01),表明敲除HSP90B1基因会抑制BVDV 5′UTR RNA的表达水平。

图 8 qRT-PCR检测BVDV感染HSP90B1 KO细胞中BVDV 5′UTR RNA Fig. 8 Detection of BVDV 5′UTR RNA in BVDV-infected HSP90B1 KO cells by qRT-PCR
2.7 免疫荧光检测BVDV dsRNA含量

为明确HSP90B1对BVDV dsRNA在细胞中形成的影响,BVDV感染HSP90B1 KO和Scramble细胞后不同时间收集细胞爬片,利用激光共聚焦显微镜观察荧光分布及强度,结果BVDV dsRNA呈现绿色荧光,细胞核显示红色荧光。与对照组相比,HSP90B1 KO细胞中的绿色荧光明显减少(图 9),表明敲除HSP90B1能够减少BVDV dsRNA在细胞中的形成。

扫描文章首页OSID码可查看彩图 The color pictures can be found by scanning the OSID code on the front page of the article 图 9 免疫荧光检测BVDV感染HSP90B1 KO细胞中的BVDV dsRNA Fig. 9 Immunofluorescence detection of BVDV dsRNA in BVDV-infected HSP90B1 KO cells
2.8 BVDV感染HSP90B1 KO细胞后病毒滴度检测

为验证HSP90B1对BVDV子代病毒形成的影响,BVDV TC株感染HSP90B1 KO细胞和对照Scramble细胞后,分别于12、24、36、48 h收集病毒液,利用Reed-Muench法测定不同病毒液中的病毒滴度,结果在BVDV感染HSP90B1 KO细胞12 h后与对照组相比,病毒滴度显著降低(P<0.05),感染36 h后病毒滴度极显著性降低(P<0.01)(图 10),表明敲除HSP90B1能够抑制BVDV子代病毒的形成。

图 10 BVDV感染HSP90B1 KO后病毒滴度检测 Fig. 10 Detection of virus titer after BVDV infection with HSP90B1 KO
2.9 BVDV感染HSP90B1 KO细胞CPE情况

为验证HSP90B1对BVDV致细胞病变能力的影响,使用BVDV TC感染HSP90B1 KO细胞和对照Scramble细胞后,于不同时间利用倒置显微镜观察细胞病变效应,结果BVDV感染对照组Scramble细胞12和24 h后出现明显CPE,而HSP90B1 KO细胞很难观察到CPE,感染36和48 h HSP90B1 KO细胞出现明显CPE,但对照组Scramble细胞已出现大量CPE并有细胞脱落(图 11),结果表明敲除HSP90B1能够降低BVDV的致细胞病变能力。

扫描文章首页OSID码可查看彩图 The color pictures can be found by scanning the OSID code on the front page of the article 图 11 BVDV感染HSP90B1 KO细胞CPE情况 Fig. 11 CPE of HSP90B1 KO cells infected with BVDV
3 讨论

牛病毒性腹泻病毒是一类无细胞结构、个体极小的微生物[18],由于病毒缺少细胞结构特征,导致其必须依赖于宿主细胞进行复制和增殖,病毒从进入细胞,到细胞内的组装、复制、合成等都需要细胞内基因的辅助[19]。HSP90B1是一种热休克蛋白,主要参与ERS和细胞凋亡过程,Sengupta等[20]发现HSP90B1在日本脑炎病毒(Japanese encephalitis virus,JEV)感染的小鼠大脑和Neuro2a细胞中显示出差异性,并强调了其在黄病毒感染期间对ER膜重塑和ERS的重要性[12];Zhong等[21]通过STRING分析,发现HSPA5、HSPA1B、HSP90B1和HSPA6四种热休克蛋白可能与MDBK细胞中山羊副流感病毒3型(caprine parainfluenza virus type 3,CPIV3)的增殖有关;本研究组前期使用BVDV TC感染MDBK细胞后进行蛋白质谱筛选差异基因,结果显示HSP90B1具有显著性差异(未发表)。为验证蛋白质谱的结果,本研究使用qRT-PCR检测BVDV感染MDBK细胞后HSP90B1 mRNA的转录水平,结果感染24 h时HSP90B1 mRNA转录水平显著升高(P<0.05),36和48 h时极显著升高(P<0.01),利用Western blot检测BVDV感染MDBK细胞后HSP90B1蛋白表达水平,显示感染后HSP90B1蛋白的表达量明显升高;表明BVDV感染能够诱导MDBK细胞中HSP90B1的表达,猜测HSP90B1基因可能会影响BVDV的复制。

为研究基因对病毒的影响,Liang等[22]敲低三基序蛋白26(tripartite motif containing 26,TRIM26)发现,TRIM26参与丙型肝炎病毒(hepatitis C virus,HCV)的复制,并且减少TRIM26的表达能够降低HCV RNA和NS3蛋白表达水平;Mladinich等[23]利用CRISPR/Cas9技术发现C-C基序趋化因子配体5(C-C motif chemokine ligand 5,CCL5)是寨卡病毒(Zika virus, ZIKV)持久性需要的重要因素;Isken等[24]敲除DNAJC14研究了该基因对于瘟病毒RNA复制的影响。为研究HSP90B1基因对BVDV复制的影响,作者应用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除MDBK细胞的HSP90B1基因,利用Western blot技术检测敲除效率,结果显示HSP90B1 KO细胞中的HSP90B1蛋白表达极明显降低,表明HSP90B1基因被敲除,成功构建HSP90B1 KO细胞,为后期研究HSP90B1对BVDV的复制提供细胞基础。分不同时间段进行细胞计数,结果显示相同时间生长内的细胞数量未见明显差异,表明敲除HSP90B1基因对细胞生长没有影响。

利用BVDV TC感染HSP90B1 KO和对照组Scramble细胞后,进行病毒含量检测。宋爽等[25]依据高度保守的BVDV 5′UTR基因,进行特异性引物设计,用荧光定量PCR检测BVDV,显示该方法具有灵敏度高、特异性好等优点,通过qRT-PCR检测BVDV 5′UTR RNA水平,结果与对照组相比,病毒感染HSP90B1 KO细胞12和24 h后BVDV 5′UTR RNA水平显著降低(P<0.05),36和48 h后极显著降低(P<0.01);间接免疫荧光法在临床中能够高效快速地检测BVDV分子,并且具有较高的特异性和可靠性,利用免疫荧光染色后BVDV dsRNA呈现绿色荧光,细胞核显示红色荧光与对照组相比HSP90B1 KO细胞中的绿色荧光明显减少;病毒滴度及CPE也是显示病毒表达量的方法之一,利用病毒滴度及CPE检测感染HSP90B1 KO细胞后的病毒含量,与对照组相比感染HSP90B1 KO细胞的病毒滴度在12 h后显著降低(P<0.05),36 h后极显著降低(P<0.01),CPE结果显示在感染12 h后对照组Scramble细胞出现明显CPE,而HSP90B1 KO细胞很难观察到CPE,感染36 h后HSP90B1 KO细胞出现CPE,但此时对照组Scramble细胞已出现大量CPE并有细胞脱落;以上结果显示HSP90B1 KO细胞中的病毒含量明显少于对照组Scramble细胞,表明敲除HSP90B1基因能够抑制BVDV的复制。

HSP90B1主要富集于ERS和细胞凋亡通路,有研究显示BVDV感染能够诱导ERS信号通路的激活[26],而且抑制内质网葡糖苷酶的活性,能够阻止BVDV E2蛋白在高尔基体内的加工,并且降低病毒粒子的感染性[27],以此推测HSP90B1基因可能通过调控内质网应激通路影响BVDV的复制,具体机制还需进一步研究。

4 结论

BVDV感染MDBK细胞能够诱导HSP90B1表达;CRISPR/Cas9成功敲除MDBK细胞的HSP90B1基因,构建HSP90B1 KO细胞,敲除HSP90B1能够抑制BVDV的复制。

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