狂犬病毒等會誘導lncRNA表達,對宿主相關基因進行表觀調控

2020-12-06 騰訊網

在中樞神經系統（CNS）的傳染病中，由病毒性病原體（即嗜神經病毒）引起的疾病遠比細菌、真菌和原生動物更為普遍。嗜神經病毒可通過多種途逕到達中樞神經系統，並根據進入途徑和病毒類型在星形膠質細胞、小膠質細胞和神經元等一種或多種類型的細胞中增殖。

宿主在感染某些嗜神經病毒後可引起腦膜炎或腦炎，並導致嚴重的神經功能障礙，比如水皰性口炎病毒 (VSV)、森林腦炎病毒 (SFV)、單純皰疹病毒(HSV-1) 和人體免疫缺陷病毒 (HIV) 等。此外，新發病毒中有近一半是嗜神經病毒，包括登革熱病毒、寨卡病毒以及最近肆虐全球的新型冠狀病毒均可感染神經系統並引發一定程度的神經症狀。

狂犬病毒（RABV）是一種典型的嗜神經病毒，是引發狂犬病的病原體。由於該病毒的致病機制不詳，目前尚無有效的治療手段，發病後的死亡率接近100%。我國每年因狂犬病死亡的人數在所有傳染病中排第四位。因此，迫切需要深入研究狂犬病毒的致病機制，為開發新的臨床治療手段奠定基礎。

多梳抑制複合物2（PRC2）是一種具有表觀遺傳調控功能的蛋白複合物，其可維持組蛋白修飾。已知一些長鏈非編碼RNA（lncRNA）可以與PRC2相互作用並將其引導至染色質的作用位點，從而定義了反式作用的lncRNA機制。EZH2作為甲基轉移酶是PRC2的催化成分：它結合RNA並催化組蛋白H3賴氨酸27（H3K27me2/3）的二甲基或三甲基化，這種修飾導致兼性異染色質的形成並因此導致轉錄抑制。已知許多癌症都具有非常高的EZH2表達水平，因此該蛋白質已成為一種抗癌靶標，並為此開發了多種抑制劑。最近也有報導稱EZH2組蛋白甲基轉移酶的活性抑制劑可以抑制多種病毒的感染，表明EZH2和/或PRC2在調節病毒感染中的作用。但是，尚不清楚該調控作用是如何發生的。一般來說，PRC2（EZH2）在體外和細胞中以混雜的方式結合不同類別的RNA，並且某些lncRNA（例如RepA RNA）在體外對PRC2的結合具有特異性。可以預測PRC2（EZH2）與lncRNA相互作用的特異性至少在活細胞中具有某些調節和生物學功能，但這還需要進一步研究證實。

近日，華中農業大學農業微生物學國家重點實驗室狂犬病研究團隊趙凌教授課題組在Genome Biology雜誌在線發表了題為：A novel antiviral lncRNA, EDAL, shields a T309 O-GlcNAcylation site to promote EZH2 lysosomal degradation的研究論文。

該研究報導了多種嗜神經病毒能夠在神經元中誘導表達lncRNA EDAL，EDAL可以特異性結合EZH2並通過調控EZH2的T309位點的 O-GlcNAcylation修飾來促進EZH2通過溶酶體途徑降解，最終促進抗病毒多肽PCP4L1表達從而抑制多種噬神經病毒增殖的分子機制，為進一步研究嗜神經病毒與宿主相互作用的機制提供了新思路。

本研究作者利用狂犬病毒作為研究對象，在感染神經元細胞系N2a細胞後通過RNA-seq的技術手段找到了大量差異表達的lncRNA，並通過表達lncRNA抑制病毒的篩選實驗發現狂犬病毒誘導產生的一種全新的lncRNA，由於該lncRNA能夠特異性導致EZH2的降解， 所以我們將其命名為EDAL （EZH2 degradation associated lncRNA）。

能夠在神經元細胞中顯著抑制狂犬病毒的增殖，進一步研究發現EDAL能夠顯著抑制多種嗜神經病毒，包括水皰性口炎病毒(VSV)、森林腦炎病毒(SFV)和單純皰疹病毒(HSV-1)等。作者利用狂犬病毒反向遺傳作業系統在狂犬病毒基因組中插入EDAL後感染小鼠，發現與對照組相比過表達EDAL能夠顯著降低狂犬病毒在小鼠體內的致病性。

a 小鼠體重變化；b 臨床症狀打分；c 小鼠死亡率

深入研究表明EDAL可以與組蛋白甲基轉移酶EZH2特異性結合併誘導EZH2通過溶酶體途徑降解。通過截短過表達實驗發現EDAL的5』端98-153 nt是誘導EZH2降解以及發揮抑制病毒功能的關鍵區段。作者通過三維結構模擬預測了EDAL 98-153 nt與EZH2的結合位點，再經過點突變、截短過表達、RNA pull-down以及EMSA等大量生化驗證後發現EDAL 98-153 nt與EZH2 N端1-337aa結合，並阻礙EZH2 T309位的O-GlcNAcylation修飾從而介導EZH2通過溶酶體途徑降解，最終造成細胞內整體的H3K27me3水平降低。進一步通過ChIP-seq篩選發現EDAL誘導的EZH2降解會造成抗病毒多肽PCP4L1啟動子處的H3K27me3水平顯著降低，從而促進其表達增加並最終抑制多種嗜神經病毒增殖。

lncRNA EDAL的誘導產生及其抑制狂犬病毒增殖的模式圖

該研究通過RNA-seq的方法篩選出一條具有抗病毒功能的全新lncRNA EDAL。EDAL通過調控宿主甲基轉移酶EZH2的翻譯後修飾來調控其降解而影響到組蛋白H3K27me3的水平並影響抗病毒多肽PCP4L1的轉錄表達。

顛覆了此前認為的EZH2隻能非特異性結合lncRNA的傳統觀點，揭示了EZH2中能夠特異性結合lncRNA的新位點，為抗病毒、抗腫瘤藥物的設計提供了新思路。

華中農業大學動科動醫學院博士研究生隋保坤和武漢生命之美科技有限公司陳棟為論文共同第一作者，趙凌教授和武漢生命之美張翼博士為共同通訊作者。

論文連結：

素材來源：Bio生物世界

本期編輯：Naomi

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