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デングウイルスNS3プロテアーゼのミトコンドリア輸入とmtHsp70のコ・シャペロンであるGrpEL1の開裂
Mitochondrial import of dengue virus NS3 protease and cleavage of GrpEL1, a co-chaperone of mtHsp70.
PMID: 32581108 DOI: 10.1128/JVI.01178-20.
抄録
デングウイルスの感染は、現在140カ国近くから報告されており、人の健康に大きな脅威を与えている。デングウイルスのゲノムには、3つの構造タンパク質と7つの非構造タンパク質（NS）、そして両端にそれぞれ1つずつある2つの未翻訳領域がコードされています。その中でも、デングプロテアーゼ（NS3）は、ポリタンパク質の処理やウイルスの増殖に重要な役割を果たしています。また、NS3はいくつかの宿主タンパク質を制御して病原性を誘導・維持することが知られています。しかし、ウイルスがコードするタンパク質とミトコンドリアマトリックスとの関連性は知られていない。本報告では、NS3proが単独でもミトコンドリアへの輸入が可能であることを解析により明らかにしたが、生得的なミトコンドリア輸送シグナル（MTS）に依存している。一過性のトランスフェクションとタンパク質のインポート研究は、NS3proのミトコンドリアマトリックスへのインポートを確認しています。同様に、NS3pro-ヘリカーゼ（NS3の1〜464アミノ酸）もまた、ミトコンドリアを標的とする。興味深いことに、NS3pro、NS3pro-ヘリカーゼ発現細胞、およびウイルス感染細胞において、mtHsp70のコ・シャペロンであるマトリックス局在化GrpEL1のレベルの低下が認められた。GrpEL1は、精製された成分を用いて切断され、その部位はKRAとQR Sにマップされています。本研究は、NS3 の宿主ミトコンドリアへの導入に関する新たな知見を提供するとともに、これまで知られていなかった因子である GrpEL1 を開裂標的として同定することで、デング熱研究や治療法の設計に新たな道を提供するものである。世界の人口の約40％がデングウイルスに感染するリスクを抱えています。現在まで、これらの感染症に対する特異的な薬剤や潜在的なワクチンは存在しません。デングウイルス感染症の発症機序を完全に理解していないことが、このウイルス感染症に対する抗ウイルス薬開発のハードルの一つである。本研究では、ウイルスがコードするプロテアーゼがミトコンドリアマトリックスに輸入されることを明らかにしました。解析の結果、観察されたミトコンドリアインポートは遺伝的なミトコンドリア輸送シグナルによるものであることが示された。また、mtHsp70 のコ・シャペロンである GrpEL1 がデングウイルスプロテアーゼの基質であることも明らかにしました。このように、我々の研究は、デングウイルス感染症の病態の本質的な側面を明らかにするものであり、抗デングウイルス治療薬の開発に役立つ可能性がある。
Dengue virus infections pose a significant threat to human health at present, which is reported from nearly 140 countries. The genome of this virus encodes three structural and seven non-structural (NS) proteins along with two un-translated regions, one each on both ends. Among them, dengue protease (NS3) plays a pivotal role in polyprotein processing and virus multiplication. NS3 is also known to regulate several host proteins to induce and maintain pathogenesis.Certain viral proteins are known to interact with mitochondrial membrane proteins and interfere with their functions. But the association of a virus-coded protein with the mitochondrial matrix is not known. In this report, by using analysis, we show that NS3pro alone is capable of mitochondrial import; however, dependent on its innate mitochondrial transport signal (MTS). Transient transfection and protein import studies confirm the import of NS3pro to the mitochondrial matrix. Similarly, NS3pro-helicase (1-464 amino acids of NS3) also targets the mitochondria. Intriguingly, reduced levels of the matrix localized GrpEL1, a co-chaperone of mtHsp70, were noticed in NS3pro, NS3pro-helicase expressing, and virus-infected cells. Upon using purified components, GrpEL1 undergoes cleavage, and the sites have been mapped to KRA and QR S. Importantly, the levels of GrpEL1 are seriously compromised in severe dengue infected clinical samples. Our studies provide novel insights into the import of NS3 into host mitochondria and identify a hitherto unknown factor, GrpEL1 as a cleavage target, and thereby providing new avenues for the dengue research and the design of potential therapeutics. About 40% of the world's population is at the risk of dengue virus infections. There is no specific drug or potential vaccine for these infections until now. Lack of complete understanding about the pathogenesis is one of the hurdles for developing antivirals for this virus infection. In the present study, we show that the virus-coded protease imports to the mitochondrial matrix, which is the first-ever report with reference to the animal and human viruses. The analysis indicated that the observed mitochondrial import is due to the inherited mitochondrial transport signal. We also show that the matrix localized GrpEL1, a co-chaperone of mtHsp70, is also the substrate of dengue virus protease, as observed in , , virus-infected cells, and dengue virus-infected clinical samples. Hence our studies reveal an essential aspect of the pathogenesis of dengue virus infections, which may aid in developing anti-dengue therapeutics.
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