CN113368112B - Usp1-uaf1抑制剂在制备药物中的应用,药物组合物 - Google Patents
Usp1-uaf1抑制剂在制备药物中的应用,药物组合物 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于药物领域,具体公开了USP1‑UAF1抑制剂在制备防治猪繁殖与呼吸综合征药物中的应用,药物组合物。本发明先在化合物库中筛选出ML323,通过Western blot、Q‑PCR等验证ML323对PRRSV在细胞感染中的作用,再分别针对USP1、UAF1设计siRNA,验证下调USP1、UAF1表达对PRRSV感染的影响,同时构建USP1过表达细胞系,验证上调USP1表达对PRRSV感染的影响。实验结果表明,ML323对PRRSV在细胞中的增殖具有抑制作用,特别是ML323抑制细胞USP1、UAF1表达,抑制PRRSV N蛋白表达,抑制PRRSV ORF7mRNA表达。
Description
技术领域
本发明属于药物领域,具体涉及USP1-UAF1抑制剂在制备防治猪繁殖与呼吸综合征药物中的应用,以及药物组合物。
背景技术
猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)是引起猪繁殖与呼吸综合征(PRRS)的病原体。该病主要侵害猪的呼吸道系统和生殖系统,怀孕母猪感染后主要表现为情绪低落,食欲不振,耳朵腹部皮肤发绀,随后发生早产,流产,死胎,木乃伊胎,产后仔猪死亡率增加;公猪表现为厌食、嗜睡、受精率和配种率下降,育肥猪则出现食欲不振、呼吸困难。
PRRSV属于动脉炎病毒科、动脉炎病毒属,是一种含有囊膜的单股正链RNA病毒。它的基因组大小约为15.4kb,包含至少10个开放阅读框(ORF),由5’端至3’端分别编码ORF1a-ORF1b-ORF2a-ORF2b-ORF3-ORF4-ORF5/ORF5a-ORF6-ORF7。ORF1a和ORF1b约占整个基因组的75%,主要编码非结构蛋白,其编码的蛋白主要发挥RNA复制酶和RNA聚合酶作用。ORF2至ORF7编码8种结构蛋白,主要参与形成病毒粒子。
PRRSV的感染特征极其复杂,作为RNA病毒其基因组极易变异,直到当前仍有新的变异株出现。PRRS还被认为是一种免疫抑制性疾病,可以抑制天然免疫,如对体液免疫有部分抑制作用并延迟中和抗体的产生,也可以抑制细胞免疫,一旦感染便会终生带毒,且具有垂直传播特点,致使仔猪生存率下降。PRRSV对养猪业造成了巨大的损失,虽然有疫苗使用,但是不能做到全面有效的保护,究其原因在于市场上的疫苗质量参差不齐,每个养殖场的免疫背景也不清晰,加之疫苗免疫程序不能做到严格管控,部分不合格疫苗和不规范操作加剧了PRRSV感染,使得防控工作难度加大。并且到目前为止尚未研究出有效的药物用于PRRSV的疾病防治。因此,筛选有效的抗病毒药物成为预防和治疗PRRS的主要手段之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种USP1-UAF1抑制剂在制备药物中的应用,尤其是ML323在制备抗病毒药物,特别是抗PRRSV感染药物中的应用。
同时,本发明还提供一种包含USP1-UAF1抑制剂的药物组合物。
为了实现以上目的,本发明所采用的技术方案是:
USP1-UAF1抑制剂在制备药物中的应用,具体的,USP1-UAF1抑制剂在制备抗病毒药物中的应用。
作为一种优选的实施方案,USP1-UAF1抑制剂在制备抗PRRSV感染药物中的应用。
作为一种优选的实施方式,所述USP1-UAF1抑制剂为ML323。进一步优选地,所述ML323在制备抗PRRSV感染药物中的应用。
ML323是一种强效的、选择性的USP1-UAF1抑制剂,CAS:1572414-83-5,分子式:C23H24N6,分子量:384.48,结构式如下:
作为一种优选的实施方式,ML323在制备抗PRRSV感染药物中的应用,具体的,ML323抑制PRRSV在细胞中的感染。实验结果表明,ML323对PRRSV在细胞中的复制和增殖具有抑制作用,特别是ML323抑制细胞USP1、UAF1蛋白的表达,降低USP1、UAF1 mRNA的表达水平,从而抑制PRRSV N蛋白的表达,抑制PRRSV ORF7 mRNA的表达,抑制PRRSV子代病毒粒子的形成。随着ML323浓度的增加,抑制效应逐渐加强;随着ML323作用时间的延长,抑制效应也逐渐加强。并且,ML323对PRRSV感染细胞无毒性作用,不影响细胞的正常增殖。进一步的实验结果表明,PRRSV的非结构蛋白Nsp1β主要是K48泛素化类型的修饰,ML323对USP1去泛素化作用的抑制促进了Nsp1β在K48位的泛素化链的形成,从而降低了Nsp1β的表达。
药物组合物,至少包含USP1-UAF1抑制剂,所述USP1-UAF1抑制剂优选ML323。
作为一种优选的实施方式,所述药物为抗病毒药物。进一步优选地,所述抗病毒药物为抗PRRSV感染药物。
作为一种优选的实施方式,所述药物组合物中ML323的质量百分含量为0.01%-99.99%。进一步优选地,所述药物组合物中ML323的质量百分含量为0.01-50%。进一步优选地,所述药物组合物中ML323的质量百分含量为0.1-5%。
作为一种优选的实施方式,所述药物组合物中还包含药学上可接受的载体或辅料。
作为一种优选的实施方式,所述ML323作为唯一的药物活性成分,或者与其他药物活性成分联合使用。
作为一种优选的实施方式,所述药物组合物可以制成固体制剂或液体制剂。所述固体制剂(口服)如散剂(包括预混剂)、水溶性粉剂(包括水扩散性粉剂、水溶性颗粒剂)、片剂等。所述液体制剂如溶液剂(包括混悬液、乳浊液)、注射剂(包括水针、粉针)等。
本发明的有益效果:
本发明以PRRSV-BJ4和PRRSV-GFP为模式病毒,利用构建的小分子化合物库筛选显著抑制PRRSV感染并与泛素化相关的小分子化物。以USP1-UAF1复合体的特异性抑制剂ML323为切入点,通过RT-qPCR等方法验证ML323对PRRSV在MARC-145细胞和PAM-Tang细胞中增殖的调控作用,并呈浓度依赖性和时间依赖性。利用siRNA干扰细胞内USP1、UAF1的表达,同时构建过表达细胞系,验证其在PRRSV感染细胞过程中的作用。通过Co-IP方法挖掘PRRSV-BJ4编码病毒蛋白主要结合的泛素化位点,明确PRRSV-BJ4编码病毒蛋白对泛素化作用的调控机制。Western blot、RT-qPCR、TCID50等实验结果表明,ML323可以抑制PRRSV在MARC-145、PAM-Tang细胞中的增殖,PRRSV感染促进USP1、UAF1的表达;siRNA干扰UAF1、USP1表达后,Western blot、RT-qPCR、滴度等实验验证PRRSV感染会受到显著抑制,而过表达USP1会显著促进PRRSV的增殖;Co-IP实验发现PRRSV-BJ4的非结构蛋白Nsp1β主要结合K48类型的泛素,并且ML323抑制USP1去泛素化作用的发挥促进了Nsp1β在K48位的泛素化链的形成。
以上实验结果表明,PRRSV感染会促进USP1、UAF1的表达,而USP1-UAF1复合体的特异性抑制剂ML323可以抑制病毒感染。ML323促进Nsp1βK48泛素链的形成,抑制Nsp1β的表达,从而抑制病毒感染。本发明将小分子化合物ML323制备成药物用于PRRS的抗感染治疗,为PRRS治疗药物的开发提供了新的思路。
附图说明
图1为实验例中抑制PRRSV-GFP小分子化合物的筛选结果,A-E分别为Simvastatin、CAY10603、NK598、KH-CB19、ML323对PRRSV-GFP病毒的影响;
图2为实验例中ML323对MARC-145细胞毒性的检测结果,ML323在1μM、3μM、10μM、20μM浓度下的处理MARC-145不同时间点,通过CCK-8检测后在1μM、3μM、10μM浓度下对MARC-145细胞无毒性;
图3为实验例中ML323抑制PRRSV在MARC-145感染作用的验证;A:随着ML323浓度的增加,MARC-145细胞中USP1、UAF1蛋白水平和PRRSV-BJ4病毒的N蛋白的表达水平得到抑制,并且随着化合物浓度的增加,抑制情况也更加显著;B:MARC-145细胞中USP1、UAF1的mRNA水平和PRRSV-BJ4病毒的OPF7的mRNA水平随着化合物浓度增加,逐渐加剧抑制作用;C:荧光拍照结果和流式检测结果显示PRRSV-GFP病毒的荧光含量也随着ML323的浓度变化显著抑制;D:TCID50测定的自带病毒的含量也随着ML323的浓度增加逐渐加剧了抑制作用;
图4为实验例中ML323抑制PRRSV在PAM-Tang感染作用的验证,A-C分别显示PAM-Tang细胞中USP1、UAF1的mRNA水平和PRRSV-BJ4病毒的OPF7的mRNA水平随着ML323浓度增加,抑制作用逐渐加剧;
图5为实验例中ML323以时间依赖抑制PRRSV感染MARC-145细胞,A-C分别显示MARC-145细胞中USP1、UAF1的mRNA水平和PRRSV-BJ4病毒的ORF7的mRNA水平随着化合物作用不同时间点均被抑制;
图6为实验例中ML323以时间依赖抑制PRRSV感染PAM-Tang细胞,A-C分别显示PAM-Tang细胞中USP1、UAF1的mRNA水平和PRRSV-BJ4病毒的ORF7的mRNA水平随着化合物作用不同时间点均被抑制;
图7为实验例中MARC-145-siUAF1细胞系干扰效率的检测结果;A:Western Blot结果显示,UAF1siRNA1更为显著的抑制UAF1蛋白的表达;B:Q-PCR结果显示,UAF1siRNA1更为显著的抑制UAF1 mRNA的表达;
图8为实验例中干扰UAF1抑制PRRSV感染MARC-145细胞的实验结果;A:干扰MARC-145细胞中的UAF1的蛋白抑制PRRSV-BJ4病毒N蛋白的表达;B:干扰UAF1显著抑制PRRSV-BJ4病毒ORF7的mRNA;C:瞬时转染siUAF1到MARC-145细胞中显著抑制PRRSV-BJ4子代病毒的形成;D:荧光拍照和流式检测结果都显示,MARC-145-UAF1siRNA1细胞中PRRSV-GFP病毒的荧光显著低于正常细胞;
图9为实验例中PAM-Tang-UAF1siRNA细胞系干扰效率的检测结果;A:WesternBlot结果显示,UAF1siRNA2对UAF1蛋白的干扰效率更加显著;B:Q-PCR结果显示,UAF1siRNA2对UAF1的mRNA的水平抑制效果更明显;
图10为实验例中干扰UAF1抑制PRRSV感染PAM-Tang细胞的实验结果;A:干扰PAM-Tang细胞中的UAF1的蛋白抑制PRRSV-BJ4病毒N蛋白的表达;B:干扰UAF1显著抑制PRRSV-BJ4病毒ORF7的mRNA;
图11为实验例中MARC-145-USP1siRNA细胞系干扰效率的检测结果;A:Q-PCR结果显示,USP1siRNA3更为显著的抑制USP1的mRNA水平;B:Western Blot结果也同样显示,USP1siRNA3对USP1蛋白水平有更为显著的下调作用;
图12为实验例中干扰USP1抑制PRRSV感染MARC-145细胞的实验结果;A:干扰MARC-145细胞中的USP1的蛋白抑制PRRSV-BJ4病毒N蛋白的表达;B:干扰USP1显著抑制PRRSV-BJ4病毒ORF7的mRNA;C:瞬时转染USP1siRNA到MARC-145细胞中显著抑制PRRSV-BJ4子代病毒的形成;
图13为实验例中PAM-Tang-USP1siRNA细胞系干扰效率的检测结果;A:WesternBlot结果显示,USP1siRNA1对PAM-Tang细胞中USP1蛋白干扰效率最为显著;B:Q-PCR结果显示,USP1siRNA1对USP1的mRNA有最显著的干扰效率;
图14为实验例中干扰USP1抑制PRRSV感染PAM-Tang细胞的实验结果;A:PAM-Tang细胞中的USP1蛋白下调后抑制PRRSV-BJ4病毒N蛋白的表达;B:干扰PAM-Tang细胞中的USP1显著抑制PRRSV-BJ4病毒ORF7的mRNA;
图15为实验例中MARC-145-USP1过表达细胞系构建表达结果,Western Blot结果显示,过表达USP1后MARC-145细胞中的USP1蛋白水平显著增加;
图16为实验例中过表达USP1促进PRRSV感染MARC-145细胞的实验结果;A:过表达MARC-145细胞中的USP1蛋白促进PRRSV-BJ4病毒N蛋白的表达;B:过表达USP1显著促进PRRSV-BJ4子代病毒的形成;C:荧光拍照结果和流式检测结果显示PRRSV-GFP病毒的荧光含量在过表达USP1得到显著的促进;
图17为实验例中PAM-Tang-USP1过表达细胞系构建表达结果,Western Blot结果显示,过表达USP1后PAM-Tang细胞中的USP1蛋白水平显著增加;
图18为实验例中过表达USP1促进PRRSV感染PAM-Tang细胞的实验结果,过表达PAM-Tang细胞中的USP1蛋白促进PRRSV-BJ4病毒N蛋白的表达;
图19为实验例中3×Flag-CMV-Nsp1β真核表达质粒构建表达结果;A:Nsp1β目的序列的扩增;B:Western blot结果显示Nsp1β真核表达质粒成功表达;
图20为实验例中Nsp1β主要结合的泛素类型的实验结果,其中3×Flag-CMV-Nsp1β与PRK-HA-WT-Ubi,PRK-HA-K48O-Ubi,PRK-HA-K63O-Ubi都有相互作用,Co-IP结果显示Nsp1β主要是K48泛素化类型的修饰;
图21为实验例中ML323抑制Nsp1β的表达并促进其K48修饰。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,以上对实验例中使用的附图作简单地介绍。应当理解,上述附图仅示出了本发明的某些实验例,因此不应被看作是对权利保护范围的限制。对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、采取的技术方案和达到的技术效果更容易理解,下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细、完整和清楚地说明。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或者产品制造商建议的条件进行。实施例实验例中使用的试剂、仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售途径购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例中USP1-UAF1抑制剂ML323在制备抗PRRSV感染药物中的应用。具体的,抗PRRSV感染药物包含有效量的ML323。
实施例2
本实施例的药物组合物,包含有效量的USP1-UAF1抑制剂ML323和药学上可接受的辅料。所述药物组合物可以制备成散剂,方便饲喂猪只,适量使用。
实验例
一、材料
细胞系:MARC-145(非洲绿猴胚胎肾细胞)、PAM-Tang(猪肺巨噬细胞)和HEK293T(人胚胎肾上皮细胞衍生细胞系)。
病毒:猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV-BJ4)和猪繁殖与呼吸综合征重组荧光病毒(PRRSV-GFP)。
质粒:Chlo-3×Flag-CMV-USP1-14、SUS-3×Flag-CMV-USP1-14由南京金斯瑞生物科技有限公司合成,以及3×Flag-CMV-14、PRK-HA、PRK-HA-WT-Ubi、PRK-HA-K48O-Ubi、PRK-HA-K63O-Ubi质粒。
感受态细胞:E.coli Top10感受态细胞购自北京鼎国昌盛公司。
细胞培养耗材:MARC-145、HEK293T传代培养基为含有10%的胎牛血清(FetalBovine Serum,FBS)的DMEM。PAM-Tang传代培养基为含有10%FBS的1640。MARC-145细胞维持培养基为含有2%FBS的DMEM。PAM-Tang细胞维持培养基为含有2%FBS的1640,以上均购自美国Thermo公司。
主要试剂:15%、12.5%、10%、7.5%凝胶快速制备试剂盒均购自上海雅酶生物科技有限公司。ML323购自MCE。DNA Marker均购自北京全式金生物。蛋白Marker购自SMOBIO。Monoclonal Anti-HA-Peroxidase antibody produced in mouse、单克隆抗-M2-过氧化物酶(HRP)小鼠抗体,二甲亚砜(DMSO)购自美国Sigma公司。T4 DNA连接酶,EcoR 1-HF内切酶,Xba I内切酶购自NEW ENGLAND Biolabs。USP1单克隆抗体,UAF1(WDR48)单克隆抗体均购自proteintech。线性聚乙烯亚胺(PEI)购自上海YEASEN。HiScript II Q RTSuperMix for qPCR(+gDNA wiper)购自南京诺唯赞生物科技股份有限公司。SsoAdvancedUniversalGreen Supermix购自英国BIO-RAD。Takara Primer STAR Max DNAPolymerase购自日本TAKARA。
细胞维持培养基:吸取1mL FBS加入到49mL DMEM培养基中,配制成2%FBS的DMEM;吸取1mL FBS加入到49mL 1640培养基中,配制成2%FBS的1640。
细胞冻存液:FBS:DMSO按照9:1的比例配制得到。
M2洗脱Buffer:取100mL玻璃烧杯,加入0.5mL的1M Tris-HCl、0.5mL的NP-40,0.1mL的5M NaCl,0.6mL的0.5M EDTA,0.6mL的0.5M EGTA,定容至100mL。
2×SDS Loading:取1L玻璃烧杯,加入60.57g Tris,20g SDS,100mL甘油,0.1g溴酚蓝,定容至500mL;使用时加入β-巯基乙醇(每50mL加入1mL,现用现配)。
PEI:取1L玻璃烧杯,将1g PEI 25000粉末加入900mL超纯水,边搅拌边滴加盐酸(12mol/L)调节pH,直至pH<2.0,至完全溶解,整个过程保持pH<2.0。边搅拌边滴加入NaOH(10mol/L)调节pH,直至pH至6.9-7.1。将溶液转入量筒,定容至1L。使用0.22μm滤器过滤除菌,得到1mg/mL的储存液。
PBS:分别称量NaCl 80g,KCl 2g,Na2HPO4·12H2O 14.4g,KH2PO4 2.4g于1L烧杯中,加入800mL的去离子水,混合溶解;调节pH至7.0-7.2,定容至1L;湿热灭菌,室温保存。使用时按水:10×PBS=9:1稀释,即1×PBS。
TBS/TBST:称量NaCl 88g,取1M Tris-HCl(PH=8.0)200mL于1L烧杯中,加去离子水定容至1L,室温保存。使用时按水:10×TBS=9:1稀释,每1L 1×TBS中加3mL 25%Tween-20,即1×TBST。
二、实验方法
A、E.coli Top10感受态的制备
CaCl2法制备E.coli Top10感受态细胞需全程无菌,具体操作如下:
(1)取Top10甘油菌,划线接种于无抗生素的LB固体平板培养基,37℃过夜培养;
(2)挑取单个菌落接种于含2mL LB的玻璃试管中,37℃220rpm培养过夜;
(3)次日将2mL菌液接种于250mL锥形瓶中,添加100mL LB液体培养基,37℃220rpm培养1.5-2h;
(4)定时监测菌液的OD600值(培养1小时后每半小时测定一次);
(5)当OD600值达到0.4时,从摇床中取出摇瓶,置于冰上冷却15min;
(6)冰浴后的菌液转移至50mL离心管中,4℃4000g离心10min,弃上清;
(7)按每5mL菌液加入1mL已灭菌预冷的100mM CaCl2,吹打重悬菌体;
(8)冰浴30min后,4℃4000g离心10min,弃上清;
(9)每50mL菌液(锥形瓶培养的原菌液)加入1mL已灭菌预冷的15%甘油、100mMCaCl2,吹打重悬菌体;
(10)按50μL等份分装至1.5-2mL离心管中,于-80℃保存(如需要,可在液氮中速冻后保存于-80℃)。
B、引物设计与合成
1、siRNA引物设计:通过NCBI数据库查询非洲绿猴UAF1基因组序列(GeneBank:NW_023666063.1),以及猪UAF1基因序列(GeneBank:NC_010455.5),根据非洲绿猴UAF1基因和猪UAF1基因序列分别设计两条siRNA,siRNA引物序列见表1,SEQ ID NO:1-8。通过NCBI数据库查询非洲绿猴USP1基因组序列(GeneBank:NW_023666033.1),以及猪USP1基因序列(GeneBank:NC_010448.4),根据非洲绿猴USP1基因和猪USP1基因序列分别设计三条siRNA,siRNA引物序列见表2,SEQ ID NO:9-20。
表1 siRNA引物序列表
表2 siRNA引物序列表
2、Q-PCR扩增引物设计
通过NCBI数据库查询所要检测的基因mRNA序列,利用Primer7.0软件设计Q-PCR引物,见表3,SEQ ID NO:21-34。
表3 Q-PCR引物序表
C、CCK-8检测细胞毒性:
将MARC-145细胞以1×104个/孔接种于96孔板,当细胞密度达到80%时进行CCK-8检测。具体操作如下:当细胞密度达到80%时,弃去原培养基,用10%FBS的DMEM按0μM,1μM,3μM,10μM,20μM,30μM稀释化合物,每孔100μL,每个浓度重复18个孔。分别于6h,12h,24h,36h,48h,72h加入10μL的CCK-8检测试剂,放置于37℃二氧化碳培养箱反应2h。每个时间点各浓度重复检测3个样本,使用全波长酶标仪于450nm处检测吸光值。
D、真核表达质粒的构建
1、Nsp1β表达质粒PCR扩增引物设计
PRRSV-BJ4 Nsp1β基因PCR扩增引物序列见表4,SEQ ID NO:35-36(斜体为酶切位点,加粗为同源臂)。
表4 PCR扩增引物序列表
2、Nsp1β目的片段扩增
分别将引物加入适量的去离子水溶解为终浓度100μM,然后分别取上下游引物各20μL,加入160μL的去离子水稀释至20μM,命名为p-PRRSV-BJ4-Nsp1β-Flag-F/R混合引物。PCR扩增体系为(30μL):H2O 8μL,PRRSV-BJ4-cDNA 5μL,p-PRRSV-BJ4-Nsp1β-Flag-F/R混合引物2μL,PrimerSTAR Max DNA Polymerase 15μL。
PCR扩增程序为:98℃3min;98℃30s,60℃30s,72℃1min 30s,35cycle;72℃10min,4℃hold。
3、载体质粒酶切与回收
质粒酶切体系为(50μL):H2O 39μL,3×Flag-CMV-14质粒(1μg/μL)2μL,10×NEBBuffer 2 5μL,Xba I 2μL,EcoR I 2μL。
胶回收酶切产物:37℃酶切2h后,吸取12μL 6×DNA Loading Buffer加入酶切产物中,电泳完毕后在紫外灯下切取目的DNA片段并用胶回收试剂盒回收,存放于-20℃冰箱。
4、重组质粒的连接、转化及鉴定
目的片段与载体连接:将酶切的载体与目的片段通过同源重组试剂盒进行连接,连接体系为(20μL):双酶切的载体胶回收片段6μL,胶回收的目的片段6μL,5×CE IIBuffer4μL,Exnase II 2μL,ddH2O 2μL;反应程序为:37℃30min,4℃Hold。
连接产物转化至E.coli Top10感受态细胞,涂板,在37℃培养箱过夜培养,每个平板挑取4个单菌落进行扩大培养并进行测序。
5、中提重组质粒并鉴定表达
将测序正确的菌液吸出200μL加入到300mL的含有100μg/mL Amp的液体LB培养基中,于37℃220rpm培养15h左右,之后利用质粒中提试剂盒提取,并定容到1μg/μL。
将HEK293T细胞按照1×106个/孔接种于12孔板中,共需要5个孔。待细胞密度达到70%进行转染。实验设计为3×Flag-CMV-14(空载),p-PRRSV-BJ4-Nsp1β-Flag。PEI转染体系为:A液,质粒2μL,Opti-MEM 50μL;B液,PEI 4μL,Opti-MEM 50μL。
将B液配好螺旋轻柔吹打混匀,室温静置5min,同时配A液螺旋轻柔吹打混匀,5min后将A液螺旋加入B液中,螺旋轻柔吹打混匀,室温静置20min,静置结束后将混合液轻轻滴加到细胞培养基中,轻轻晃动12孔板,于37℃二氧化碳培养箱培养24h,之后进行WesternBlot检测鉴定质粒的表达情况。
E、流式检测:
将细胞以2.5×104个/孔接种于24孔板,具体操作步骤如下:细胞样品处理结束后,于48h弃去培养基,用PBS洗涤2遍,胰酶润洗1遍,37℃二氧化碳培养箱中消化5-6min后加入500μL 10%FBS的DMEM终止消化,将消化的细胞吹散至单个细胞后,转移至EP管中进行流式检测。以没有感染PRRSV-GFP的MARC-145细胞的为空白对照,数据利用Flowjo软件分析。
F、PPRSV TCID50测定:
1、病毒的扩增和收取
将MARC-145细胞按照1×105个/孔接种于12孔板,具体操作步骤如下:
(1)化合物预处理:当细胞密度达到40%时,弃去原培养基,用ML323按0μM,1μM,3μM,10μM各浓度预处理细胞4h;
(2)病毒接种:4h后弃去培养基,PBS清洗1遍后,以MOI=10感染PRRSV-BJ4;
(3)换液:细胞感染PRRSV-BJ4 2h后弃去原培养基,PBS清洗2遍后加入维持培养基后继续培养48h;
(4)病毒收集:于-80℃反复冻融两次,融化的病毒于5000rpm离心5min,吸取上清液进行TCID50测定,或暂时保存于-80℃冰箱。
2、病毒TCID50的测定
MARC-145细胞以1×104个/孔接种于96孔板,当细胞密度达到80%时进行TCID50测定,方法如下:
(1)病毒液用纯的DMEM以10倍体积倍比稀释10-1-10-10倍后,加入细胞在37℃孵育1h;
(2)弃去病毒液,细胞换为2%FBS的DMEM维持培养基在37℃、5%CO2的环境下培养;
(3)每隔12h观察细胞病变情况,连续观察5天并记录每个稀释比例的病变孔数,通过Reed-Muench方法计算出TCID50。
G、Western Blot检测:
1、细胞总蛋白的收取
以12孔板的细胞收取蛋白为例,方法如下:
(1)弃去孔中原培养基,每孔加入100μL 2×SDS蛋白Loading Buffer,移液枪扎上枪头,沿着顺时针方向搅拌1-2min,待液体由粘稠变得顺滑,将其转移至1.5mL EP管中;
(2)95℃,敷育30min;
(3)30min后将样品取出离心震荡混匀,可于-20℃冰箱存放或进行下一步实验。
2、电泳及转膜
(1)SDS-PAGE凝胶电泳:向电泳槽中加入电泳缓冲液,于加样孔中加入10μL样品,电压120V待样品进入分离胶后调至160V,继续电泳40min;
(2)转膜:电泳结束后,电压110V,75min后将蛋白转移到PVDF膜上;
(3)封闭:PVDF膜浸入含5%脱脂奶粉的TBST中,室温封闭30min;
(4)洗膜:将5%脱脂奶粉的TBST回收-20℃冻存,TBS清洗1遍;
(5)孵育一抗:然后用含有2%脱脂奶粉的TBST稀释的单克隆抗体(1:1000稀释),与PVDF膜室温40rpm孵育1h;
(6)洗膜:将2%脱脂奶粉的TBST稀释的单克隆抗体回收-20℃冻存,室温60rpm,TBST洗4次,5min每次,TBS洗2次,5min每次;
(7)孵育二抗:配置含有2%脱脂奶粉的TBST稀释的HRP标记的二抗(1:5000稀释),与PVDF膜室温40rpm孵育1h;
(8)洗膜:将2%脱脂奶粉的TBST稀释的HRP标记的二抗回收-20℃冻存,室温60rpm,TBST洗4次,5min每次,TBS洗2次,5min每次;
(9)显影。
H、Q-PCR检测:
1、提取细胞总RNA
以12孔板的细胞收取RNA为例,方法如下:
(1)弃去原培养基,吸取500μL RNAiso Plus加入细胞中,裂解2min,用移液枪吹打20次,转移至新的进口1.5mL EP管中;
(2)每管加入100μL氯仿剧烈震荡10s,静置5min;
(3)12000rpm 4℃离心15min,用移液器缓慢地吸取200μL上层到提前标记的1.5mLEP管中,然后加入等体积的异丙醇,上下轻柔颠倒混匀沉淀,冰上静置10min;
(4)12000rpm 4℃离心15min后弃去上清,加入1mL 70%乙醇(DEPC水配制)洗涤沉淀;
(5)12000rpm 4℃离心10min后弃去上清;
(6)加入的100μL DEPC水,室温溶解10min;
(7)震荡混匀,测定浓度定容至1μg/μL,进行反转录。
2、反转录合成cDNA
将提取的RNA进行反转录,具体的操作为:反应体系(20μL):RNase-free H2O 11μL,5×Hiscript qRTSuper MIX 4μL,Total RNA 5μL;反应程序:50℃15min,85℃5s,4℃Hold;反应结束后,cDNA放置-80℃冰箱保存。
3、Q-PCR检测分析
Q-PCR扩增体系(11μL):SYBR Green mix 5μL,上/下游引物(10μM)各0.5μL,cDNA5μL。
I、MARC-145-siRNA与PAM-Tang-siRNA细胞系构建与检测:
将MARC-145或PAM-Tang细胞按照1×106个/孔接种于6孔板中,在二氧化碳培养箱中培养12-18h,待细胞密度达到70%进行siRNA转染。实验设计分别为Negative Control(NC)、siRNA1、siRNA2、siRNA3。Lipofectamine 2000转染体系为:取3μL siRNA,取6μLLipofectamine 2000,加入到200μL Opti-MEM中,轻轻混匀,室温静置20min,静置结束后将混合液轻轻滴加到细胞培养基中,轻轻晃动6孔板,于37℃二氧化碳培养箱培养8-10h,之后弃去原培养基,换成10%FBS的DMEM继续培养36-48h,然后取一部分进行WB、Q-PCR检测鉴定siRNA的干扰效率,另外一部分细胞感染PRRSV-BJ4或者感染PRRSV-GFP,进行下一步验证。
J、Co-IP检测:
(1)细胞样品制备:转染方法同质粒鉴定方法,在二氧化碳培养箱中培养24h后进行收样;
(2)取出细胞,弃去培养基,PBS洗涤一次,加入1mL的PBS,用细胞刮刮下细胞,收集至1.5mL的EP管中;
(3)于4℃离心机1000g离心5min,弃上清,加入1mL的NP-40裂解液,用1mL枪头吹打20次,冰上静置裂解10min;
(4)超声破碎,超声5s间歇5s,共计超声3次;
(5)4℃离心机,12000g离心10min,小心的将上清转移至新的1.5mL的EP管中;
(6)取出50μL加入50μL的2×SDS Loading到新的1.5mL的EP管中,孵育器95℃变性10min,此管标记为Input;
(7)另取新的1.5mL的EP管,取900μL上清加入10μL的Flag beads,4℃翻转结合3h,取出后4℃9000g离心1min,小心的弃去上清;
(8)加入1mL的M2洗脱Buffer,颠倒混匀20次后,4℃离心机9000g离心30s,用真空泵小心吸去上清;此步骤重复操作3次;
(9)4℃离心机,9000g离心1min,用移液枪小心的弃干净上清,加入100μL的2×SDSLoading,95℃孵育器变性30min,此管标记为IP;
(10)将样品进行SDS PAGE凝胶电泳检测。
K、数据处理:
利用t-test对Q-PCR结果进行分析检验,根据t-test检验结果:P>0.05ns为两组数据差异不显著,P<0.05*为两组数据差异显著;P<0.001**为两组数据差极显著;P<0.0001***为两组数据差异非常显著;P<0.000 09****为两组数据差异极其显著。
三、实验结果与分析
1、抑制PRRSV-GFP小分子化合物的筛选
以PRRSV-GFP为模式病毒,将MARC-145细胞以1×105个/孔接种于12孔板中,先经化合物预处理4h后,以MOI=10的PRRSV-GFP感染细胞1h,后换上细胞维持液,于48h收样进行流式检测,结果见图1,P>0.05ns,P<0.05*,P<0.0001***,P<0.00009****。
从图1可以看出,ML323以浓度依赖显著的抑制病毒的GFP荧光强度。
2、USP1抑制剂ML323对MARC-145细胞毒性的影响
通过CCK-8检测不同浓度的ML323对MARC-145细胞增殖活性的影响,结果见图2,P>0.05ns,P<0.001**,P<0.0001***。
从图2可以看出,在72h之内化合物ML323在1μM、3μM、10μM、20μM浓度下对MARC-145细胞的增殖均无影响。
3、ML323抑制PRRSV感染细胞具有浓度依赖性
(1)ML323抑制PRRSV感染MARC-145细胞具有浓度依赖性
通过Western Blot,Q-PCR检测,流式检测,TCID50测定等实验测定ML323抑制PRRSV在MARC-145细胞中的感染情况。取ML323在0μM、1μM、3μM、10μM浓度预处理MARC-145细胞4h,后弃去原培养基,PBS洗一遍,以MOI=10的PRRSV病毒液稀释液,37℃二氧化碳培养箱吸附1h后换为维持培养基,于48h进行收样检测,结果见图3,P>0.05ns,P<0.05*,P<0.001**,P<0.0001***,P<0.00009****。
从图3可以看出,Western Blot结果显示ML323抑制细胞USP1、UAF1蛋白水平的表达,同时抑制PRRSV-BJ4病毒N蛋白的表达,并且随着化合物浓度的增加,抑制效果也逐渐显著;Q-PCR检测结果表明,随着化合物浓度的增加可以抑制USP1、UAF1的mRNA表达水平,同时抑制PRRSV-BJ4病毒ORF7的mRNA表达;TCID50测定表明随着化合物浓度的增加,有效的抑制了PRRSV-BJ4子代病毒粒子的形成;流式检测为:在48h利用荧光显微镜拍照观察细胞中GFP荧光强度,同时用流式细胞仪检测细胞中GFP荧光强度,检测结果表明MARC-145细胞中GFP荧光强度随着化合物浓度的增加显著降低,表明化合物ML323可以显著的抑制PRRSV-GFP在MARC-145细胞中增殖。
(2)ML323抑制PRRSV感染PAM-Tang细胞具有浓度依赖性
同上,检测ML323抑制PRRSV在PAM-Tang细胞中的感染情况,结果见图4,P>0.05ns,P<0.0001***,P<0.00009****。
从图4可以看出,Q-PCR检测结果表明,随着化合物浓度的增加抑制了USP1、UAF1的mRNA表达水平,同时抑制PRRSV-BJ4病毒ORF7的mRNA表达。
4、ML323抑制PRRSV感染细胞具有时间依赖性
(1)ML323抑制PRRSV感染MARC-145细胞具有时间依赖性
在化合物10μM浓度的处理条件下,通过Q-PCR测定ML323处理不同时间点对PRRSV感染细胞的情况,结果见图5,P>0.05ns,P<0.05*,P<0.001**,P<0.0001***。
从图5可以看出,ML323处理不同时间点均可抑制USP1、UAF1的mRNA表达水平,同时抑制PRRSV-BJ4病毒ORF7的mRNA表达。
(2)ML323抑制PRRSV感染PAM-Tang细胞具有时间依赖性
同上,通过Q-PCR检测ML323在浓度10μM处理条件下,对PRRSV在PAM-Tang细胞中的影响,结果见图6,P>0.05ns,P<0.05*,P<0.001**,P<0.0001***。
从图6可以看粗,随着化合物处理时间的延长逐渐加剧了抑制PRRSV-BJ4病毒ORF7的mRNA表达。
5、UAF1siRNA细胞系的构建以及对PRRSV感染细胞的影响
(1)MARC-145-UAF1siRNA细胞系的构建
为检测UAF1在PRRSV感染中的作用,设计两条针对UAF1的小干扰RNA(引物见表1),瞬时转染MARC-145细胞48h后,通过Western Blot和Q-PCR检测siRNA的干扰效率,结果见图7,P>0.05ns,P<0.0001***,P<0.00009****。
从图7可以看出,设计的两条siRNA在蛋白水平和mRNA水平都有干扰作用,其中UAF1siRNA1的干扰效率更为显著。
(2)MARC-145-UAF1siRNA细胞系对PRRSV感染的影响
以上确定MARC-145-UAF1siRNA1的干扰效率后,将siRNA转染至MARC-145细胞,48h后感染PRRSV于37℃二氧化碳培养箱中吸附1h,后换上维持培养基于48h进行WesternBlot,Q-PCR检测,流式检测,TCID50测定等实验,结果见图8,P>0.05ns,P<0.05*,P<0.0001***,P<0.00009****。
从图8可以看出,Western Blot结果表明干扰UAF1的蛋白表达后,可以抑制PRRSV-BJ4病毒N蛋白的表达;Q-PCR检测结果表明干扰UAF1的mRNA表达后,PRRSV-BJ4病毒ORF7的mRNA表达也显著下调;TCID50测定表明瞬时转染siUAF1到MARC-145细胞后,有效的抑制了PRRSV-BJ4子代病毒粒子的形成;流式检测为:瞬时转染UAF1siRNA后,通过荧光显微镜拍照观察细胞中GFP荧光强度和用流式细胞仪检测细胞中GFP荧光强度,检测结果表明MARC-145-UAF1siRNA1细胞中GFP荧光强度显著低于对照组,表明干扰UAF1可以显著的抑制PRRSV-GFP在MARC-145细胞中的增殖。
(3)PAM-Tang-UAF1siRNA细胞系的构建
针对PAM-Tang细胞构建两条UAF1的小干扰RNA(引物见表1),实验操作同MARC-145细胞一样,瞬时转染PAM-Tang细胞48h后通过Western Blot和Q-PCR检测siRNA的干扰效率,结果见图9,P>0.05ns,P<0.001**,P<0.0001***。
从图9可以看出,设计的两条siRNA在蛋白水平和mRNA都有干扰作用,其中UAF1siRNA2的干扰效率更显著。
(4)PAM-Tang-UAF1siRNA细胞系对PRRSV感染的影响
以上确定PAM-Tang-UAF1siRNA2的干扰效率后,瞬时转染UAF1siRNA2到PAM-Tang细胞中,48h后感染PRRSV在37℃二氧化碳培养箱中吸附1h,之后换上维持培养基于48h后进行检测,主要通过Western Blot,Q-PCR检测,结果见图10,P>0.05ns,P<0.00009****。
从图10可以看出,Western Blot结果表明干扰PAM-Tang细胞UAF1蛋白的表达后,抑制了PRRSV-BJ4病毒N蛋白的表达;Q-PCR检测结果表明干扰PAM-Tang细胞UAF1的mRNA表达后,抑制了PRRSV-BJ4病毒ORF7的mRNA表达。
6、USP1siRNA细胞系的构建以及对PRRSV感染细胞的影响
(1)MARC-145-USP1siRNA细胞系的构建
为检测USP1在PRRSV感染中的作用,设计三条针对USP1的小干扰RNA(引物见表2),瞬时转染MARC-145细胞48h后通过Western Blot和Q-PCR检测siRNA的干扰效率,结果见图11,P>0.05ns,P<0.00009****。
从图11可以看出,设计的三条siRNA在蛋白水平和mRNA都有干扰作用,其中USP1siRNA3的干扰效率更加明显。
(2)MARC-145-USP1siRNA细胞系对PRRSV感染的影响
以上确定MARC-145-USP1siRNA3的干扰效率后,构建MARC-145-USP1siRNA细胞系后,感染PRRSV-BJ4于二氧化碳培养箱吸附1h,后换上维持培养基于48h进行Western Blot检测,Q-PCR检测和TCID50测定,结果见图12,P>0.05ns,P<0.05*,P<0.00009****。
从图12可以看出,Western Blot结果表明干扰MARC-145细胞USP1蛋白的表达后,可以显著抑制PRRSV-BJ4病毒N蛋白的表达;Q-PCR检测结果表明干扰MARC-145细胞USP1的mRNA表达后,PRRSV-BJ4 ORF7的mRNA水平也显著下调;TCID50测定表明瞬时转染USP1siRNA到MARC-145细胞后,有效的抑制了PRRSV-BJ4子代病毒粒子的形成。
(3)PAM-Tang-USP1siRNA细胞系的构建
针对PAM-Tang细胞构建三条针对USP1的小干扰RNA(引物见表2),实验操作同MARC-145细胞一样,瞬时转染PAM-Tang细胞48h后通过Western Blot和Q-PCR检测siRNA的干扰效率,结果见图13,P>0.05ns,P<0.05*,P<0.0001***。
从图13可以看出,设计的三条siRNA在蛋白水平和mRNA都有干扰作用,其中USP1siRNA1的干扰效率更加显著。
(4)PAM-Tang-USP1siRNA细胞系对PRRSV感染的影响
以上确定PAM-Tang-USP1siRNA1的干扰效率后,构建PAM-Tang-USP1siRNA细胞,感染病毒操作同MARC-145-USP1siRNA细胞系对PRRSV感染的影响,进行Western Blot检测,Q-PCR检测,结果见图14,P>0.05ns,P<0.00009****。
从图14可以看出,Western Blot结果表明干扰PAM-Tang细胞USP1蛋白的表达后,同样显著抑制PRRSV-BJ4病毒N蛋白的表达;Q-PCR检测结果也表明干扰PAM-Tang细胞USP1的mRNA表达后,也显著下调PRRSV-BJ4病毒ORF7的mRNA水平。
7、过表达USP1细胞系的构建以及对PRRSV感染细胞的影响
(1)MARC-145过表达USP1细胞系的构建
为检测USP1在PRRSV感染中的作用,构建猴源的USP1过表达质粒,瞬时转染MARC-145细胞24h后通过Western Blot检测USP1过表达效率,结果见图15。
从图15可以看出,分别瞬时转染1μg、2μg的Chlo-3×Flag-CMV-USP1-14质粒后,用Flag单克隆抗体孵育,在110kDa处有特异性条带,同时孵育USP1抗体,可以看出过表达USP1后蛋白表达水平上调。表明过表达质粒构建表达成功,USP1过表达细胞系构建成功。
(2)在MARC-145细胞中过表达USP1对PRRSV感染的影响
瞬时转染2μg的Chlo-3×Flag-CMV-USP1-14质粒到MARC-145细胞24h后,感染PRRSV在37℃二氧化碳培养箱中吸附1h,之后换上维持培养基于48h进行检测,主要通过Western Blot,流式检测,TCID50测定等实验,结果见图16,P>0.05ns,P<0.05*,P<0.0001***。
从图16可以看出,Western Blot结果表明过表达MARC-145细胞中的USP1蛋白表达后,促进了PRRSV-BJ4病毒N蛋白的表达;TCID50测定表明过表达USP1到MARC-145细胞后,有效的促进了PRRSV-BJ4子代病毒粒子的形成;流式检测为:过表达USP1后利用荧光显微镜拍照观察细胞中GFP荧光强度,同时用流式细胞仪检测细胞中GFP荧光强度,检测结果表明MARC-145细胞中GFP荧光显著增多,说明过表达USP1可以显著的促进PRRSV在MARC-145细胞中的增殖。
(3)PAM-Tang过表达USP1细胞系的构建
同上,构建猪源的USP1过表达质粒,之后通过Western Blot检测USP1过表达效率,结果见图17。
从图17可以看出,猪源过表达质粒构建表达成功,USP1过表达细胞系构建成功。
(4)在PAM-Tang细胞中过表达USP1对PRRSV感染的影响
瞬时转染2μg的SUS-3×Flag-CMV-USP1-14质粒至PAM-Tang细胞中,感染PRRSV-BJ4于细胞培养箱中吸附1h,换上维持培养基48h后进行检测,主要通过Western Blot检测,结果见图18。
从图18可以看出,Western Blot结果表明PAM-Tang细胞USP1蛋白过表达后,促进了PRRSV-BJ4 N蛋白的表达。
8、ML323对PRRSV非结构蛋白Nsp1β的影响
(1)3×Flag-CMV-Nsp1β真核表达质粒的构建与鉴定
为探寻USP1在PRRSV感染细胞过程中的调节靶点,分别构建14个PRRSV-BJ4非结构蛋白的真核表达质粒,并进行表达鉴定。经鉴定发现ML323可以调节Nsp1β的表达。
琼脂糖凝胶电泳结果显示在687bp处有核酸条带,与预期的目的片段大小一致。将测序正确的质粒进行中提,同时瞬时转染HEK293T细胞,收取蛋白进行质粒表达鉴定,结果见图19,DNA Marker:2000bp。
从图19可以看出,Western blot结果显示Flag单克隆抗体敷育后于29kDa处有特异性条带,表明真核表达质粒3×Flag-CMV-Nsp1β构建并表达成功。
(2)Nsp1β蛋白主要结合的泛素类型
将3×Flag-CMV-Nsp1β质粒分别与PRK-HA(空载)、PRK-HA-WT-Ubi、PRK-HA-K48O-Ubi、PRK-HA-K63O-Ubi质粒共同转染KEK297T细胞,在37℃二氧化碳培养箱培养24h,Co-IP检测Nsp1β蛋白主要结合的泛素类型,结果见图20。
从图20可以看出,Nsp1β主要是K48泛素化类型的修饰。
(3)ML323对Nsp1β泛素化修饰的影响
3×Flag-CMV-Nsp1β质粒分别与PRK-HA-空载、PRK-HA-K48O-Ubi质粒共同转染KEK297T细胞8h后,一组用10μM的ML323处理,另外一组用DMSO处理做对照组,于24h后进行Co-IP检测,结果见图21。
从图21可以看出,ML323处理后Nsp1β的蛋白表达少于对照组,并且相比于对照组ML323处理后加剧了Nsp1β的K48泛素化修饰。
通过以上实验结果可以看出,本发明先在化合物库中筛选出ML323,分别在不同浓度和不同时间的处理条件下,通过Western blot、Q-PCR、流式检测、TCID50等方法,验证ML323对PRRSV在细胞感染中的作用,再分别针对USP1和UAF1设计siRNA且成功构建siUAF1、siUSP1的MARC-145细胞系和PAM-Tang细胞系,在此基础上感染PRRSV,验证下调USP1、UAF1的表达后对病毒感染的影响,同时构建USP1过表达细胞系,验证上调USP1的表达对PRRSV在细胞中增殖的影响;Co-IP实验发现PRRSV-BJ4非结构蛋白Nsp1β主要是K48泛素化类型修饰,用ML323处理后能够影响Nsp1β蛋白的泛素化。
本发明为PRRSV在感染细胞过程中泛素化修饰过程提供数据支撑,并为PRRS的防治以及控制PRRSV的感染提供了新的思路。ML323作为USP1-UAF1复合体的特异性抑制剂,同时又有抗病毒作用,可以作为新的廉价的小分子治疗药物。
序列表
<110> 河南农业大学
<120> USP1-UAF1抑制剂在制备药物中的应用,药物组合物
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ccgggatcct ctagagtacc acttgtgact gccaaa 36
Claims (5)
1.USP1-UAF1抑制剂在制备抗病毒药物中的应用,其特征在于:所述抗病毒药物为抗PRRSV感染药物;所述USP1-UAF1抑制剂为siRNA。
2.USP1-UAF1抑制剂在制备抗病毒药物中的应用,其特征在于:所述抗病毒药物为抗PRRSV感染药物;所述USP1-UAF1抑制剂为ML323。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于:所述ML323抑制PRRSV在细胞中的感染或增殖。
4.根据权利要求3所述的应用,其特征在于:所述ML323抑制细胞USP1、UAF1蛋白的表达,降低USP1、UAF1 mRNA的表达水平。
5.根据权利要求3所述的应用,其特征在于:所述ML323抑制PRRSV N蛋白的表达,抑制PRRSV ORF7 mRNA的表达,抑制PRRSV子代病毒粒子的形成。
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