돼지 델타코로나바이러스(PDCoV)는 이유자돈에서 급성 설사와 구토를 일으키는 신종 장내병원성 코로나바이러스로, 감염시 이유자돈에 급성 설사와 구토를 유발하며, 심각한 경우에는 폐사에 이르기까지 한다. PDCoV는 2012년 홍콩에서 처음 보고된 이후 미국뿐만 아니라 세계 대부분의 지역에서 발생하여 경제적인 손실을 일으키고 있다. 한편 최근 연구에서는 바이러스가 수용체인 APN을 이용하여 송아지나 인간, 조류 세포주에서도 감염될 수 있다고 보고되었는데, 이는 이 바이러스의 종간 전파 가능성을 보여주어 연구의 중요성이 대두되고 있다. ...
돼지 델타코로나바이러스(PDCoV)는 이유자돈에서 급성 설사와 구토를 일으키는 신종 장내병원성 코로나바이러스로, 감염시 이유자돈에 급성 설사와 구토를 유발하며, 심각한 경우에는 폐사에 이르기까지 한다. PDCoV는 2012년 홍콩에서 처음 보고된 이후 미국뿐만 아니라 세계 대부분의 지역에서 발생하여 경제적인 손실을 일으키고 있다. 한편 최근 연구에서는 바이러스가 수용체인 APN을 이용하여 송아지나 인간, 조류 세포주에서도 감염될 수 있다고 보고되었는데, 이는 이 바이러스의 종간 전파 가능성을 보여주어 연구의 중요성이 대두되고 있다. Lipid raft는 콜레스테롤, 스핑고지질 및 여러 단백질들이 풍부한 막(membrane microdomain)으로, 바이러스 감염에 관여한다. 콜레스테롤의 감소는 이러한 구조를 파괴하여, lipid raft의 해체를 일으킨다. 그래서 많은 코로나바이러스를 포함한 외피 바이러스가 숙주 세포 안으로 들어가기 위해서는 바이러스 외피 및 세포막의 콜레스테롤이 필요하다는 연구들이 있다. 바이러스는 genome 크기와 코딩하는 능력에 제한이 있기 때문에, 많은 세포 인자 또는 메커니즘에 의존하여 복제가 용이하도록 한다. 그 중 mitogen-activated protein kinase (MAPK)신호전달 경로는 주요한 세포 과정들을 조절하는 신호전달 네트워크로 대표적으로 extracellular signal-regulated kinases (ERK), -Jun N-terminal kinases (JNK) 및 p38 MAPK가 있고 이 세 경로에 대해 연구하였다. 현재까지 PDCoV 복제에 있어 콜레스테롤과 MAPK 신호전달 경로같은 세포 인자들의 기능학적 역할에 대해서는 연구된 바가 없어 본 연구에서 PDCoV 감염시 콜레스테롤의 필요성과 작용 메커니즘을 알아보고 바이러스 감염이 MAPK를 활성화하는지, 어떻게 각각의 MAPK가 바이러스 증식에 작용하는지 조사하였다. 먼저 바이러스 감염시 세포의 콜레스테롤의 역할을 알아보기 위해 콜레스테롤 감소 약물인 메틸-β-사이클로덱스트린(MβCD)을 세포에 처리하였더니 바이러스 감염이 농도의존적으로 감소하였다. 이러한 억제 효과는 콜레스테롤을 첨가함으로써 바이러스 감염성이 회복되었다. 또한, 바이러스에 MβCD를 처리시 감염성이 감소하였고, 다시 콜레스테롤 첨가시 감염성이 회복된 것으로 보아, PDCoV 감염시 세포막과 바이러스 외피의 콜레스테롤 모두 바이러스 감염에 중요한 역할을 하는 것을 확인하였다. 이후 MβCD를 세포에 처리하였을 때 바이러스 복제 과정 중 초기 과정인 바이러스가 세포에 결합 과정 및 세포 내로 침투하는 과정에 영향을 끼치며, 진입 이후 과정인 바이러스 유전체 및 sg RNA 합성, 바이러스 단백질 발현 및 바이러스 생산을 포함한 PDCoV 복제 과정에도 영향을 미치는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 PDCoV가 MAPK를 활성화시켰고, 숙주세포로 부착 및 세포 내로 진입은 가능하지만 복제는 불가능한 UV로 불활성화된 바이러스는 ERK에서만 활성이 일어났는데, 이를 통해, ERK는 바이러스가 세포로 부착하는 단계, JNK 및 p38은 바이러스 복제 단계에 필요함을 확인하였다. 바이러스 감염시 각각의 MAPK 특이적인 억제제를 처리 시 PDCoV 복제가 농도 의존적으로 크게 감소하였다. ERK 억제제는 바이러스 부착 단계, JNK 및 p38 저해제는 바이러스 감염 초기단계에 작용하여 각각의 경로를 활성화하는데 중요하게 작용하였다. 더욱이, MAPK 억제제 처리 시 바이러스 진입과정에는 억제 효과가 없었지만 진입 이후과정인 바이러스 RNA 합성, 바이러스 단백질 발현, 바이러스 조립 및 바이러스 증식까지 농도의존적으로 바이러스 감염이 저해되었다. 따라서 PDCoV는 MAPK 신호 경로를 이용하여 숙주 세포에서 자신에게 유리한 바이러스 생합성 및 증식이 되도록 하였다. 마지막으로 MβCD을 처리한 후 바이러스 감염시켜 MAPK의 활성화를 보았더니 MAPK 모두 감소하여 콜레스테롤이 MAPK 신호전달 경로에 관여하는 것을 확인하였다. 그러나 콜레스테롤에 의한 바이러스 유도 MAPK 활성화에도 불구하고 MAPK 신호 전달 경로는 바이러스 복제 과정 중 초기 단계인 숙주 세포에 부착 및 숙주 세포내로 진입과정, 둘 다와 무관하였는데, 이는 콜레스테롤에 의존하여 바이러스가 세포내로 진입하는 것이 아니라, 세포막이나 바이러스 외피에 존재하는 콜레스테롤 그 자체가 PDCoV 감염 시 MAPK 신호 경로를 활성화하는 자극제 역할을 할 것이라고 생각된다. 아직까지 PDCoV 치료제나 백신이 없는데, 본 연구 결과를 통해 바이러스 복제에 중요한 역할을 하는 세포 인자들을 차단하는 것이 인간과 동물 코로나바이러스 감염 치료에 훌륭한 치료제가 될 것이라고 사료된다.
돼지 델타코로나바이러스(PDCoV)는 이유자돈에서 급성 설사와 구토를 일으키는 신종 장내병원성 코로나바이러스로, 감염시 이유자돈에 급성 설사와 구토를 유발하며, 심각한 경우에는 폐사에 이르기까지 한다. PDCoV는 2012년 홍콩에서 처음 보고된 이후 미국뿐만 아니라 세계 대부분의 지역에서 발생하여 경제적인 손실을 일으키고 있다. 한편 최근 연구에서는 바이러스가 수용체인 APN을 이용하여 송아지나 인간, 조류 세포주에서도 감염될 수 있다고 보고되었는데, 이는 이 바이러스의 종간 전파 가능성을 보여주어 연구의 중요성이 대두되고 있다. Lipid raft는 콜레스테롤, 스핑고지질 및 여러 단백질들이 풍부한 막(membrane microdomain)으로, 바이러스 감염에 관여한다. 콜레스테롤의 감소는 이러한 구조를 파괴하여, lipid raft의 해체를 일으킨다. 그래서 많은 코로나바이러스를 포함한 외피 바이러스가 숙주 세포 안으로 들어가기 위해서는 바이러스 외피 및 세포막의 콜레스테롤이 필요하다는 연구들이 있다. 바이러스는 genome 크기와 코딩하는 능력에 제한이 있기 때문에, 많은 세포 인자 또는 메커니즘에 의존하여 복제가 용이하도록 한다. 그 중 mitogen-activated protein kinase (MAPK) 신호전달 경로는 주요한 세포 과정들을 조절하는 신호전달 네트워크로 대표적으로 extracellular signal-regulated kinases (ERK), -Jun N-terminal kinases (JNK) 및 p38 MAPK가 있고 이 세 경로에 대해 연구하였다. 현재까지 PDCoV 복제에 있어 콜레스테롤과 MAPK 신호전달 경로같은 세포 인자들의 기능학적 역할에 대해서는 연구된 바가 없어 본 연구에서 PDCoV 감염시 콜레스테롤의 필요성과 작용 메커니즘을 알아보고 바이러스 감염이 MAPK를 활성화하는지, 어떻게 각각의 MAPK가 바이러스 증식에 작용하는지 조사하였다. 먼저 바이러스 감염시 세포의 콜레스테롤의 역할을 알아보기 위해 콜레스테롤 감소 약물인 메틸-β-사이클로덱스트린(MβCD)을 세포에 처리하였더니 바이러스 감염이 농도의존적으로 감소하였다. 이러한 억제 효과는 콜레스테롤을 첨가함으로써 바이러스 감염성이 회복되었다. 또한, 바이러스에 MβCD를 처리시 감염성이 감소하였고, 다시 콜레스테롤 첨가시 감염성이 회복된 것으로 보아, PDCoV 감염시 세포막과 바이러스 외피의 콜레스테롤 모두 바이러스 감염에 중요한 역할을 하는 것을 확인하였다. 이후 MβCD를 세포에 처리하였을 때 바이러스 복제 과정 중 초기 과정인 바이러스가 세포에 결합 과정 및 세포 내로 침투하는 과정에 영향을 끼치며, 진입 이후 과정인 바이러스 유전체 및 sg RNA 합성, 바이러스 단백질 발현 및 바이러스 생산을 포함한 PDCoV 복제 과정에도 영향을 미치는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 PDCoV가 MAPK를 활성화시켰고, 숙주세포로 부착 및 세포 내로 진입은 가능하지만 복제는 불가능한 UV로 불활성화된 바이러스는 ERK에서만 활성이 일어났는데, 이를 통해, ERK는 바이러스가 세포로 부착하는 단계, JNK 및 p38은 바이러스 복제 단계에 필요함을 확인하였다. 바이러스 감염시 각각의 MAPK 특이적인 억제제를 처리 시 PDCoV 복제가 농도 의존적으로 크게 감소하였다. ERK 억제제는 바이러스 부착 단계, JNK 및 p38 저해제는 바이러스 감염 초기단계에 작용하여 각각의 경로를 활성화하는데 중요하게 작용하였다. 더욱이, MAPK 억제제 처리 시 바이러스 진입과정에는 억제 효과가 없었지만 진입 이후과정인 바이러스 RNA 합성, 바이러스 단백질 발현, 바이러스 조립 및 바이러스 증식까지 농도의존적으로 바이러스 감염이 저해되었다. 따라서 PDCoV는 MAPK 신호 경로를 이용하여 숙주 세포에서 자신에게 유리한 바이러스 생합성 및 증식이 되도록 하였다. 마지막으로 MβCD을 처리한 후 바이러스 감염시켜 MAPK의 활성화를 보았더니 MAPK 모두 감소하여 콜레스테롤이 MAPK 신호전달 경로에 관여하는 것을 확인하였다. 그러나 콜레스테롤에 의한 바이러스 유도 MAPK 활성화에도 불구하고 MAPK 신호 전달 경로는 바이러스 복제 과정 중 초기 단계인 숙주 세포에 부착 및 숙주 세포내로 진입과정, 둘 다와 무관하였는데, 이는 콜레스테롤에 의존하여 바이러스가 세포내로 진입하는 것이 아니라, 세포막이나 바이러스 외피에 존재하는 콜레스테롤 그 자체가 PDCoV 감염 시 MAPK 신호 경로를 활성화하는 자극제 역할을 할 것이라고 생각된다. 아직까지 PDCoV 치료제나 백신이 없는데, 본 연구 결과를 통해 바이러스 복제에 중요한 역할을 하는 세포 인자들을 차단하는 것이 인간과 동물 코로나바이러스 감염 치료에 훌륭한 치료제가 될 것이라고 사료된다.
Porcine deltacoronavirus (PDCoV) is a novel swine enteropathogenic coronavirus that causes acute diarrhea and vomiting in nursing piglets. Since its discovery in Hong Kong in 2012, the virus has emerged in most parts of the world with industrialized pig production, threatening the swine industry wor...
Porcine deltacoronavirus (PDCoV) is a novel swine enteropathogenic coronavirus that causes acute diarrhea and vomiting in nursing piglets. Since its discovery in Hong Kong in 2012, the virus has emerged in most parts of the world with industrialized pig production, threatening the swine industry worldwide. Despite extensive attention and research investment, PDCoV, continue to plaque pig-producing countries, causing significant economic impacts on the swine industry worldwide. This is partially attributable to the absence of efficient vaccines that confer full protection against PDCoV infections and antiviral agents to treat PDCoV infections. Cholesterol, one of the many candidates for the antiviral agent, is required for optimal infectivity of diverse non-enveloped and enveloped viruses. However, the potential relationship between cholesterol and PDCoV replication remains undetermined. Therefore, in this study, we investigated the necessity of cholesterol and the mechanism by which it acts in PDCoV infection. Independent depletion of cholesterol from the plasma membrane or viral envelope of target cells by methyl-β-cyclodextrin (MβCD) significantly impaired PDCoV infection. These inhibitory effects on viral replication were partially reversible by replenishment with exogenous cholesterol. Our data indicated that cholesterol-enriched microdomains are essential for PDCoV in the viral and cellular membrane. Further experiments revealed that pharmacological depletion of cellular cholesterol primarily interferes with virus binding and penetration and subsequently influences post-entry stages of the PDCoV replication cycle, including viral genomic and sg RNA synthesis, viral protein expression, and virus production. Altogether, our results suggest that cholesterol in the viral and cellular membrane is critical for PDCoV entry, and that disruption of the cholesterol-dependent entry process may be an excellent therapeutic option for PDCoV infection in human or veterinary subjects. Because viruses are obligate intracellular parasites, they have evolved elaborate relationships with their host cells and developed the ability to modulate lipid composition, lipid synthesis, and host cell signaling pathways. The mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathways are central signaling networks that control a large number of principal cellular processes. Three distinct MAPKs have been identified and their well-characterized pathways are named by the respective terminal MAPK components: extracellular signal-regulated kinases (ERK), c-Jun N-terminal kinases (JNK), and p38 MAPK. However, the functional roles of cellular factor, such as cholesterol and MAPK signaling pathways, in PDCoV replication have not been determined. Therefore, we aimed to investigate the necessity of choelsterol and mechanism by which it acts in PDCoV infection and whether PDCoV infection activates the MAPK cascades in cultured cells and how each MAPK pathway contributes to viral propagation. In this study, we found that optimal infectivity of PDCoV. PDCoV induces early strong and transient activation of MAPK independent of maximal viral production, indicating the significance of the MAPK signaling cascade for PDCoV infection. Analogous to infectious PDCoV, the UV-inactivated virus efficiently stimulated the phosphorylation of MAPK. Chemical inhibition of MAPK and specific knockdown of ERK1/2 greatly impaired PDCoV propagation. Moreover, pharmacological inhibition of MAPK activation extensively suppressed viral multiplication, particularly affecting the early stages, of viral replication cycle, as determined by the global down-regulation of viral RNA synthesis, viral protein expression, and progeny release. Therefore, PDCoV was shown to manipulate the MAPK signaling pathway to ensure competent viral biosynthesis and reproduction in target cells. Contrary to the previous study, however, despite the influence of PDCoV-induced ERK activation by cellular or virion cholesterols, the ERK signaling pathway is irrelevant to both virus attachment and internalization. These observations led us to hypothesize that the cholesterol itself present in either the cell membrane or viral envelope, rather than cholesterol-dependent viral entry, acts as a stimulus to activate the ERK signaling pathway upon PDCoV infection. Because no treatments or vaccines are currently available for PDCoV, the results presented here indicate that blocking the cellular factors that play important role in viral replication, may provide an excellent therapeutic option for the treatment of coronavirus infection in humans and animals.
Porcine deltacoronavirus (PDCoV) is a novel swine enteropathogenic coronavirus that causes acute diarrhea and vomiting in nursing piglets. Since its discovery in Hong Kong in 2012, the virus has emerged in most parts of the world with industrialized pig production, threatening the swine industry worldwide. Despite extensive attention and research investment, PDCoV, continue to plaque pig-producing countries, causing significant economic impacts on the swine industry worldwide. This is partially attributable to the absence of efficient vaccines that confer full protection against PDCoV infections and antiviral agents to treat PDCoV infections. Cholesterol, one of the many candidates for the antiviral agent, is required for optimal infectivity of diverse non-enveloped and enveloped viruses. However, the potential relationship between cholesterol and PDCoV replication remains undetermined. Therefore, in this study, we investigated the necessity of cholesterol and the mechanism by which it acts in PDCoV infection. Independent depletion of cholesterol from the plasma membrane or viral envelope of target cells by methyl-β-cyclodextrin (MβCD) significantly impaired PDCoV infection. These inhibitory effects on viral replication were partially reversible by replenishment with exogenous cholesterol. Our data indicated that cholesterol-enriched microdomains are essential for PDCoV in the viral and cellular membrane. Further experiments revealed that pharmacological depletion of cellular cholesterol primarily interferes with virus binding and penetration and subsequently influences post-entry stages of the PDCoV replication cycle, including viral genomic and sg RNA synthesis, viral protein expression, and virus production. Altogether, our results suggest that cholesterol in the viral and cellular membrane is critical for PDCoV entry, and that disruption of the cholesterol-dependent entry process may be an excellent therapeutic option for PDCoV infection in human or veterinary subjects. Because viruses are obligate intracellular parasites, they have evolved elaborate relationships with their host cells and developed the ability to modulate lipid composition, lipid synthesis, and host cell signaling pathways. The mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathways are central signaling networks that control a large number of principal cellular processes. Three distinct MAPKs have been identified and their well-characterized pathways are named by the respective terminal MAPK components: extracellular signal-regulated kinases (ERK), c-Jun N-terminal kinases (JNK), and p38 MAPK. However, the functional roles of cellular factor, such as cholesterol and MAPK signaling pathways, in PDCoV replication have not been determined. Therefore, we aimed to investigate the necessity of choelsterol and mechanism by which it acts in PDCoV infection and whether PDCoV infection activates the MAPK cascades in cultured cells and how each MAPK pathway contributes to viral propagation. In this study, we found that optimal infectivity of PDCoV. PDCoV induces early strong and transient activation of MAPK independent of maximal viral production, indicating the significance of the MAPK signaling cascade for PDCoV infection. Analogous to infectious PDCoV, the UV-inactivated virus efficiently stimulated the phosphorylation of MAPK. Chemical inhibition of MAPK and specific knockdown of ERK1/2 greatly impaired PDCoV propagation. Moreover, pharmacological inhibition of MAPK activation extensively suppressed viral multiplication, particularly affecting the early stages, of viral replication cycle, as determined by the global down-regulation of viral RNA synthesis, viral protein expression, and progeny release. Therefore, PDCoV was shown to manipulate the MAPK signaling pathway to ensure competent viral biosynthesis and reproduction in target cells. Contrary to the previous study, however, despite the influence of PDCoV-induced ERK activation by cellular or virion cholesterols, the ERK signaling pathway is irrelevant to both virus attachment and internalization. These observations led us to hypothesize that the cholesterol itself present in either the cell membrane or viral envelope, rather than cholesterol-dependent viral entry, acts as a stimulus to activate the ERK signaling pathway upon PDCoV infection. Because no treatments or vaccines are currently available for PDCoV, the results presented here indicate that blocking the cellular factors that play important role in viral replication, may provide an excellent therapeutic option for the treatment of coronavirus infection in humans and animals.
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