A unique feature of swine ANP32A provides susceptibility to avian influenza virus infection in pigs

• DOI: 10.1371/journal.ppat.1008330
• Publication Date: 2020-02-21T18:58:00Z
• Authors: Haili Zhang; Hongxin Li; Wenqiang Wang; Yujie Wang; Guan-Zhu Han; Hualan Chen; Xiaojun Wang
• Keywords: Swine; Epidemiology; Influenza A virus subtype H5N1; Infectious disease (medical specialty); Influenza A Virus, H7N9 Subtype; Virus Replication; Gene; H5N1 genetic structure; Agricultural and Biological Sciences; Influenza A Virus, H1N1 Subtype; Viral replication; Pathology; Disease; Biology (General); 0303 health sciences; Intracellular Signaling Peptides and Proteins; Nuclear Proteins; RNA-Binding Proteins; Life Sciences; Virus; 3. Good health; Influenza A virus; Medicine; Cardiology and Cardiovascular Medicine; Polymerase; Research Article; QH301-705.5; Dynamics of Livestock Disease Transmission and Control; Host Specificity; Genetic Characterization; Viral Proteins; 03 medical and health sciences; Orthomyxoviridae Infections; Virology; Influenza, Human; Health Sciences; Genetics; Animals; Humans; Aetiology, Diagnosis, and Management of Myocarditis; Biology; RC581-607; RNA-Dependent RNA Polymerase; Coronavirus disease 2019 (COVID-19); Influenza in Birds; FOS: Biological sciences; Immunologic diseases. Allergy; Influenza Virus Research and Epidemiology; Chickens; Agronomy and Crop Science

Both the replication and transcription of the influenza virus are catalyzed by the viral polymerase complex. The polymerases of most avian influenza A viruses have poor performance in mammalian cells, which is considered to be one of the important species barriers. Pigs have been long considered as important intermediate hosts for interspecies transmission of the avian influenza virus, because of their susceptibility to infection with both avian and mammalian influenza viruses. However, the molecular basis of influenza polymerase adaptation in pigs remains largely unknown. ANP32A and ANP32B proteins have been identified as playing fundamental roles in influenza virus replication and host range determination. In this study, we found that swine ANP32A (swANP32A), unlike swine ANP32B or other mammalian ANP32A or B, shows stronger supporting activity to avian viral polymerase. Knockout of ANP32A in pig cells PK15 dramatically reduced avian influenza polymerase activity and viral infectivity, suggesting a unique feature of swANP32A in supporting avian influenza viral polymerase. This species-specific activity is mapped to two key sites, 106V and 156S, in swANP32A. Interestingly, the amino acid 106V is unique to pigs among all the vertebrate species studied, and when combined with 156S, exhibits positive epistasis in pigs. Mutation of 106V and 156S to the signature found in ANP32As from other mammalian species weakened the interaction between swANP32A and chicken viral polymerase, and reduced polymerase activity. Understanding the molecular basis of ANP32 proteins may help to discover new antiviral targets and design avian influenza resistant genome edited pigs.<br/>La réplication et la transcription du virus de la grippe sont catalysées par le complexe polymérase virale. Les polymérases de la plupart des virus de la grippe aviaire A ont de mauvaises performances dans les cellules de mammifères, ce qui est considéré comme l'une des barrières importantes de l'espèce. Les porcs ont longtemps été considérés comme des hôtes intermédiaires importants pour la transmission interspécifique du virus de la grippe aviaire, en raison de leur sensibilité à l'infection par les virus de la grippe aviaire et mammifère. Cependant, la base moléculaire de l'adaptation de la polymérase de la grippe chez les porcs reste largement inconnue. Les protéines ANP32A et ANP32B ont été identifiées comme jouant un rôle fondamental dans la réplication du virus de la grippe et la détermination de la gamme d'hôtes. Dans cette étude, nous avons constaté que l'ANP32A porcine (swANP32A), contrairement à l'ANP32B porcine ou à d'autres ANP32A ou B mammifères, montre une activité de soutien plus forte à la polymérase virale aviaire. L'inactivation de l'ANP32A dans les cellules de porc PK15 a considérablement réduit l'activité de la polymérase de la grippe aviaire et l'infectivité virale, suggérant une caractéristique unique de swANP32A dans le soutien de la polymérase virale de la grippe aviaire. Cette activité spécifique à l'espèce est cartographiée sur deux sites clés, 106V et 156S, dans swANP32A. Fait intéressant, l'acide aminé 106V est unique aux porcs parmi toutes les espèces de vertébrés étudiées, et lorsqu'il est combiné avec 156S, présente une épistasie positive chez les porcs. La mutation de 106V et 156S à la signature trouvée dans ANP32A d'autres espèces de mammifères a affaibli l'interaction entre swANP32A et la polymérase virale de poulet, et réduit l'activité de la polymérase. Comprendre la base moléculaire des protéines ANP32 peut aider à découvrir de nouvelles cibles antivirales et à concevoir des porcs modifiés par le génome résistants à la grippe aviaire.<br/>يتم تحفيز كل من تكرار ونسخ فيروس الأنفلونزا بواسطة مركب البوليميراز الفيروسي. إن بوليميرازات معظم فيروسات إنفلونزا الطيور A لها أداء ضعيف في خلايا الثدييات، والتي تعتبر واحدة من الحواجز المهمة للأنواع. لطالما اعتبرت الخنازير مضيفًا وسيطًا مهمًا لانتقال فيروس أنفلونزا الطيور بين الأنواع، بسبب قابليتها للإصابة بفيروسات أنفلونزا الطيور والثدييات. ومع ذلك، لا يزال الأساس الجزيئي لتكيف بوليميراز الأنفلونزا في الخنازير غير معروف إلى حد كبير. تم تحديد بروتينات ANP32A و ANP32B على أنها تلعب أدوارًا أساسية في تكاثر فيروس الأنفلونزا وتحديد نطاق المضيف. في هذه الدراسة، وجدنا أن الخنازير ANP32A (swANP32A)، على عكس الخنازير ANP32B أو غيرها من الثدييات ANP32A أو B، تظهر نشاطًا داعمًا أقوى للبلمرة الفيروسية للطيور. قلل خروج ANP32A في خلايا الخنازير PK15 بشكل كبير من نشاط بوليميراز أنفلونزا الطيور والعدوى الفيروسية، مما يشير إلى ميزة فريدة من نوعها لـ swANP32A في دعم بوليميراز أنفلونزا الطيور الفيروسي. يتم تعيين هذا النشاط الخاص بالأنواع إلى موقعين رئيسيين، 106V و 156S، في swANP32A. ومن المثير للاهتمام أن الأحماض الأمينية 106V فريدة من نوعها للخنازير بين جميع أنواع الفقاريات التي تمت دراستها، وعند دمجها مع 156S، تظهر إبيستاسيس إيجابية في الخنازير. أدى طفرة 106 فولت و 156 ثانية إلى التوقيع الموجود في ANP32As من أنواع الثدييات الأخرى إلى إضعاف التفاعل بين swANP32A والبوليميراز الفيروسي للدجاج، وتقليل نشاط البوليميراز. قد يساعد فهم الأساس الجزيئي لبروتينات ANP32 في اكتشاف أهداف جديدة مضادة للفيروسات وتصميم خنازير الجينوم المعدلة المقاومة لإنفلونزا الطيور.<br/>Tanto la replicación como la transcripción del virus de la gripe son catalizadas por el complejo de polimerasa viral. Las polimerasas de la mayoría de los virus de la influenza aviar A tienen un rendimiento deficiente en las células de mamíferos, lo que se considera una de las barreras importantes de las especies. Los cerdos han sido considerados durante mucho tiempo como huéspedes intermedios importantes para la transmisión entre especies del virus de la gripe aviar, debido a su susceptibilidad a la infección con virus de la gripe aviar y de mamíferos. Sin embargo, la base molecular de la adaptación de la polimerasa de la gripe en cerdos sigue siendo en gran parte desconocida. Se ha identificado que las proteínas ANP32A y ANP32B desempeñan funciones fundamentales en la replicación del virus de la influenza y la determinación del rango del huésped. En este estudio, encontramos que ANP32A porcino (swANP32A), a diferencia de ANP32B porcino u otro ANP32A o B de mamífero, muestra una actividad de soporte más fuerte para la polimerasa viral aviar. La inactivación de ANP32A en células de cerdo PK15 redujo drásticamente la actividad de la polimerasa de la influenza aviar y la infectividad viral, lo que sugiere una característica única de swANP32A en el apoyo a la polimerasa viral de la influenza aviar. Esta actividad específica de la especie se asigna a dos sitios clave, 106V y 156S, en swANP32A. Curiosamente, el aminoácido 106V es exclusivo de los cerdos entre todas las especies de vertebrados estudiadas, y cuando se combina con 156S, exhibe epistasis positiva en cerdos. La mutación de 106V y 156S a la firma encontrada en ANP32As de otras especies de mamíferos debilitó la interacción entre swANP32A y la polimerasa viral de pollo, y redujo la actividad de la polimerasa. Comprender la base molecular de las proteínas ANP32 puede ayudar a descubrir nuevas dianas antivirales y diseñar cerdos con genoma editado resistentes a la gripe aviar.<br/>