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虹彩病毒的基因根据转录的先后顺序可以将其分为三个时期:立即早期(immediate-early,IE)、早期(early,E)和晚期(late,L)。IE基因的转录出现在病毒DNA复制之前,作为病毒感染宿主后在细胞中最早表达的一类基因,IE基因可以对病毒基因和宿主细胞基因的表达进行调控,并能够影响宿主细胞周期、细胞凋亡和细胞免疫反应。IE基因在病毒感染复制、宿主细胞生长调控和免疫逃避等方面具有重要功能。石斑鱼虹彩病毒(Singapore grouperiridovirus,SGIV)是近年从养殖石斑鱼中分离到的一种高致病性病原,可导致石斑鱼死亡率达90%以上,引起了巨大的经济损失。根据已发表的虹彩病毒科成员的全基因组序列,通过GenBank同源搜索和氨基酸比对分析,在SGIV中发现两个非常有意义的预测为IE基因的ORFs: ORF086R和ORF162L,它们分别编码ICP18(infected cell protein18)和ICP46( infected cell protein46)的同源类似物。本论文即在分子水平对SGIV ICP18(ORF086R)和SGIV ICP46(ORF162L)这两个立即早期基因进行克隆、表达、特征分析和功能探索。
序列分析表明,ICP18是蛙病毒属特有的核心基因,而ICP46为整个虹彩病毒科的核心基因之一。通过生物信息学分析,未在ICP18和ICP46家族中找到已知有意义的功能结构域,目前它们的功能都是未知的。我们构建了原核表达重组质粒pET-ICP18和pET-ICP46,成功地在原核细胞E.coli BL21(DE3)中经IPTG诱导表达了ICP18和ICP46的重组融合蛋白,并摸索出了可溶性重组蛋白的高效表达条件及纯化方法。用纯化的重组蛋白作为抗原免疫小鼠,制备了高效特异的SGIV ICP18抗血清和SGIV ICP46抗血清。
用放线菌酮(cycloheximide,CHX)和阿糖胞苷(cytosine arabinoside,AraC)进行药物抑制实验,证实SGIV ICP18和SGIV ICP46基因都是立即早期基因。通过RT-PCR和western blot分析表明,SGIV ICP18基因在感染后2h即开始转录,在感染后6h开始合成蛋白,并在此后的感染周期中其转录表达持续进行;SGIV ICP46基因在感染后2h开始转录,在感染后4h开始合成蛋白,并且在感染后4h至48h持续进行转录及蛋白合成。Western blot检测证实SGIV ICP18是一个病毒核衣壳蛋白,而SGIV ICP46被发现是一个新的病毒结构蛋白,并且包装于病毒的核衣壳部分。Western blot检测还发现,ICP18杂交条带的分子量比其推定的分子量稍大,而ICP46有44 KDa和46KDa两条特异性杂交条带,暗示ICP18和ICP46蛋白在病毒感染细胞的过程中可能发生了一定的修饰。通过真核转染和荧光显微镜观察,表明SGIV ICP18在石斑鱼胚胎细胞(Grouper embryocells,GP)和胖头鲤细胞(Fathead minnow cells,FHM)两种细胞内均呈点状分布于细胞质中,且在感染晚期,ICP18主要以点状聚集围绕于病毒加工厂(viralfactories)的周围,表明SGIV ICP18可能参与病毒加工厂的形成和病毒的装配;而SGIV ICP46在GP和FHM两种细胞内主要均匀分布于细胞质中,在感染晚期也少量分布于细胞核和病毒加工厂区域。
采用过量表达、RNA干扰和His pull-down对SGIV ICP18和SGIV ICP46的功能进行了初步研究。由真核转染和G418筛选得到过量表达SGIV ICP18或SGIV ICP46的GP细胞和FHM细胞,以及转染空载体的对照细胞。对稳定转染细胞的生长曲线进行测定,发现过量表达SGIV ICP18可以明显促进GP和FHM细胞的生长速度,而SGIV ICP46对GP和FHM细胞的生长也有一定促进作用,表明ICP18和ICP46可能参与细胞的生长调控。通过对稳定转染细胞中病毒生长曲线的测定,发现过量表达SGIV ICP18和SGIV ICP46都可以显著提高SGIV的滴度,表明ICP18和ICP46可能对病毒复制有重要作用。RNA干扰实验表明,化学合成的siRNA-ICP18和s1RNA-ICP46能在转染后24-48h有效抑制细胞中外源导入ICP18和ICP46基因的表达,但对SGIV体外感染过程中内源ICP18和ICP46基因的转录抑制效果不明显。His pull-down找到5条可能与ICP18和ICP46有相互作用的病毒蛋白条带,但质谱分析显示相匹配的SGIV ORF分值偏低,无法确定His pull-down得到的条带对应的是那一个SGIV蛋白质。