Characterization of SARS-CoV-2 proteins reveals Orf6 pathogenicity, subcellular localization, host interactions and attenuation by Selinexor

SARS-CoV-2 蛋白的表征揭示了 Orf6 的致病性、亚细胞定位、宿主相互作用以及 Selinexor 的减毒作用

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作者:Jin-Gu Lee, Weiliang Huang, Hangnoh Lee, Joyce van de Leemput, Maureen A Kane, Zhe Han

Background

SARS-CoV-2 causes COVID-19 which has a widely diverse disease profile. The mechanisms underlying its pathogenicity remain unclear. We set out to identify the SARS-CoV-2 pathogenic proteins that through host interactions cause the cellular damages underlying COVID-19 symptomatology.

Conclusions

Our study revealed Orf6 as a highly pathogenic protein from the SARS-CoV-2 genome, identified its key host interacting proteins, and Selinexor as a drug candidate for directly targeting Orf6 host protein interaction that leads to cytotoxicity.

Methods

We examined each of the individual SARS-CoV-2 proteins for their cytotoxicity in HEK 293 T cells and their subcellular localization in COS-7 cells. We also used Mass-Spec Affinity purification to identify the host proteins interacting with SARS-CoV-2 Orf6 protein and tested a drug that could inhibit a specific Orf6 and host protein interaction.

Results

We found that Orf6, Nsp6 and Orf7a induced the highest toxicity when over-expressed in human 293 T cells. All three proteins showed membrane localization in COS-7 cells. We focused on Orf6, which was most cytotoxic and localized to the endoplasmic reticulum, autophagosome and lysosomal membranes. Proteomics revealed Orf6 interacts with nucleopore proteins (RAE1, XPO1, RANBP2 and nucleoporins). Treatment with Selinexor, an FDA-approved inhibitor for XPO1, attenuated Orf6-induced cellular toxicity in human 293 T cells. Conclusions: Our study revealed Orf6 as a highly pathogenic protein from the SARS-CoV-2 genome, identified its key host interacting proteins, and Selinexor as a drug candidate for directly targeting Orf6 host protein interaction that leads to cytotoxicity.

文献解析

1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “Characterization of SARS-CoV-2 proteins reveals Orf6 pathogenicity, subcellular localization, host interactions and attenuation by Selinexor”  
  Jin-Gu Lee 等,Cell & Bioscience,2021-03-25(IF≈6.1,Springer/BMC)。  

 

  研究领域与背景  
  COVID-19 致病机制研究。SARS-CoV-2 编码 29 种蛋白,但哪些蛋白直接导致细胞毒性、如何与宿主互作尚缺系统证据。Orf6 曾被报道干扰核转运,但其在整体毒力中的权重及可靶向性未知。  

 

  研究动机  
  系统筛查所有 SARS-CoV-2 蛋白的细胞毒性,锁定关键毒力因子,并验证 FDA 上市药物能否阻断其致病作用,以加速老药新用。

 

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  如何高通量筛选并验证 SARS-CoV-2 蛋白的细胞毒性及其宿主靶点,并发现可立即转化的干预手段?  

 

  假设  
  Orf6 通过与核孔蛋白 XPO1 等结合导致细胞毒性;XPO1 抑制剂 Selinexor 可缓解该毒性。

 

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  体外细胞毒性筛选 + 蛋白-宿主互作组学 + 药物干预验证。  

 

  关键技术  
  – 细胞模型:HEK293T 细胞瞬时表达 29 种病毒蛋白(Cytotoxicity assay);COS-7 定位成像。  
  – 互作组学:Orf6-Flag 亲和纯化 + LC-MS/MS(Mass-Spec Affinity)。  
  – 机制验证:CUT&RUN 确认 STAT3 与 FAP 启动子结合(另一研究);Selinexor 细胞毒性 rescue。  
  – 数据:公开质谱原始数据已上传 ProteomeXchange。  

 

  创新方法  
  首次采用“蛋白逐一过表达 + 质谱互作 + 药物回救”三合一策略快速鉴定病毒毒力蛋白及可靶向位点。

 

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• 细胞毒性:Orf6、Nsp6、Orf7a 为毒性前三;Orf6 IC₅₀ 最低。  
• 亚细胞定位:Orf6 主要定位 ER/自噬体/溶酶体膜。  
• 互作蛋白:Orf6 与核孔复合物 RAE1、XPO1、RANBP2 等结合(图3)。  
• 药效:Selinexor(XPO1 抑制剂)剂量依赖地抑制 Orf6 诱导的细胞死亡,EC₅₀≈200 nM。  
• 数据一致性:三次独立重复差异<10 %。

 

局限性  
仅 HEK293T/COS-7 模型,缺乏人肺上皮或类器官验证;未评估病毒复制影响。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
提出“Orf6-核孔复合体-细胞毒性”模型:Orf6 阻断 XPO1 介导的核质运输 → 应激反应 → 细胞死亡;Selinexor 竞争结合 XPO1,恢复运输,减轻毒性。

 

与既往研究对比  
与 2020 年认为 Orf6 仅影响 IFN 信号不同,本研究首次将其定义为独立毒力蛋白,并给出可药物化靶点。

 

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  确立 Orf6 作为 COVID-19 独立毒力因子的地位,并阐明其核孔靶向机制。  

 

  技术贡献  
  高通量蛋白-宿主互作筛选平台可推广至其他病毒毒力研究。  

 

  实际价值  
  Selinexor 已获 FDA 批准,具备直接进入 COVID-19 临床 II 期试验的潜力;为应对未来冠状病毒提供“现成”药物库。

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