研究解析寨卡病毒基因組RNA二級結構圖譜並發現調控RNA病毒傳播的...

近期清華大學生命科學學院張強鋒課題組、藥學院譚旭課題組在《細胞宿主與微生物》（Cell Host & Mircobe）期刊在線發表題為《寨卡病毒基因組RNA結構的綜合分析揭示了病毒感染性的關鍵決定因素》（Integrative Analysis of Zika Virus Genome RNA Structure Reveals Critical Determinants of Viral Infectivity）的研究論文。該論文對寨卡病毒的RNA基因組在二級結構層次進行了綜合分析和建模，並在此基礎上發現且驗證了一個只在流行株系中特異性存在的長程RNA-RNA相互作用，研究表明該相互作用可能促進寨卡病毒流行株系的細胞感染功能。論文顯示了RNA二級結構對寨卡病毒的重要作用，闡釋了調控RNA病毒傳染性和毒性的新型分子機制，為相關藥物開發提供了重要的結構基礎。

寨卡病毒是一種黃熱病毒。與登革病毒、乙型腦炎等常見典型黃熱病毒類似，寨卡病毒通過蚊蟲叮咬在人類和其它動物中傳播，對人類健康有嚴重的威脅。寨卡病毒有兩個流行株系：一個比較古老的非洲株系，於 1947年發現於非洲；另一種是流行的亞洲株系（又稱美洲株系），原在東南亞流行，後在南美洲和中北美洲爆發。目前，對人類威脅較大的株系是亞洲株系。早在2013年法屬玻里尼西亞群島（大溪地）和2015年巴西的寨卡疫情中，人們就發現感染寨卡病毒孕婦的胎兒會有小頭畸形的症狀，同時亞洲株系也被發現會引起格林巴氏綜合症。2016年寨卡病毒大規模流行，據統計感染規模超過百萬人；因此被世界衛生組織宣布為國際公共衛生緊急事件。

自從大規模流行以後，寨卡病毒吸引了廣泛的研究關注。一個重要的科學問題是理解流行株系和非流行株系的基因組差異在病毒傳播過程中的作用。以前的研究主要關注胺基酸或者說蛋白質的差異。比如在2017年，軍事醫學科學院的秦成峰課題組和清華大學的程功課題組分別報導了兩個關鍵的病毒蛋白的胺基酸單位點突變，這些突變對寨卡流行病毒株系的毒性和傳播有關鍵提升作用。然而，比較基因組的分析結果表明，寨卡病毒流行株系和非流行株系的大部分基因組差異並不帶來胺基酸的變化，而是發生在非編碼區的突變和編碼區的同義突變。這些在蛋白層次「沉默」的突變有可能在RNA層次造成功能和調控的差異。然而，由於技術的限制，人們對此所知甚少。

和其它黃熱病毒一樣，寨卡病毒的基因組是一條長為一萬個核苷酸左右的正鏈RNA，其中包括編碼全部11個病毒蛋白的編碼區以及5』端和3』端的非編碼區域。在本研究中，研究者綜合利用了兩種新型的、基於高通量測序技術的RNA二級結構研究手段，平行解析並比較了亞洲株系和非洲株系的寨卡病毒在哺乳動物細胞內的基因組RNA結構。這兩種新技術包括利用小分子修飾結合深度測序探測RNA二級結構的icSHAPE技術（2015年發表於Nature），和利用小分子交聯結合深度測序檢測RNA分子相互配對作用的PARIS技術（2016年發表於Cell）。研究者將測得的icSHAPE和PARIS數據和已知病毒RNA元件的二級結構進行了系統比較，驗證了兩種技術解析病毒RNA結構的有效性。以PARIS數據為依據，對寨卡病毒RNA基因組進行了RNA結構域的劃分，並在結構域的基礎上，結合icSHAPE數據和RNA結構預測

軟體

，構建了亞洲和非洲株系寨卡病毒全基因組RNA的二級結構模型。

值得注意的是，結合 PARIS數據和寨卡病毒各亞型的系統進化分析，研究者從中發現了一個亞洲株系特異的5』端非編碼區和病毒包膜蛋白編碼區之間的長距離RNA-RNA相互作用。在這個區域，亞洲株系相對於非洲株系有很大的核苷酸差異。這些差異都特異的位於胺基酸密碼子的第三位因而不影響編碼蛋白，但卻形成了亞洲株系中特異RNA相互作用的基礎。研究者對這個RNA-RNA相互作用進行了突變和回補實驗，驗證了其對亞洲株系的重要性，如果破壞該相互作用會大幅降低寨卡病毒在神經膠質瘤細胞中的感染性。這個結果揭示了RNA二級結構對於病毒感染性調控的複雜性和重要性，對於理解病毒的基因組組成和進化，開發新型基於RNA的抗病毒藥物都有啟示意義。

清華大學生命學院張強鋒研究員和藥學院譚旭研究員為本文的通訊作者，CLS項目博士生李盼、生命學院博士生魏逸凡、梅淼和PTN項目博士生生唐磊為本文共同第一作者。本工作得到了軍事科學院秦成峰、加州大學河邊分校和清華大學姜濤、蘇州大學戴劍鋒等的幫助，並獲得國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金、清華大學結構生物學高精尖中心、清華-北大生命科學聯合中心和國家青年**計劃項目的資金支持。(

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