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年度盘点丨病毒RNA甲基化修饰(m6A)年度进展回顾
at :2017/1/4 9:24:18    

截至目前,在RNA上已经发现了150多种化学修饰,这些修饰广泛存在于真核生物mRNAs、tRNAs、rRNAs、核内小RNA (snRNAs)和核仁内小RNA (snoRNAs)内。在这些修饰中,甲基化修饰分布最为广泛,约占所有RNA修饰的60 %以上,而N6-甲基腺嘌呤(m6A)在甲基化修饰中更为普遍。m6A修饰同时受到甲基转移酶(METTL3,METTL14,WTAP等),去甲基化酶(FTO,ALKBH5等)以及一些RNA结合蛋白-读码器(YTHDF1/2/3, ELAVL1等)的共同调控,在细胞内是一个动态可逆的过程。
 

m6A修饰首次于1975年发现,存在于流感病毒基因组内,之后几年又分别发现了猿猴病毒40,劳氏肉瘤病毒、肉瘤病毒和腺病毒内都有m6A修饰。在此之后的几十年该研究取得的进展较少。直到最近几年,m6A的研究重新成为了热点。研究发现,m6A存在于多种多样的物种中,并发挥重要功能。如拟南芥胚胎发育迟滞、人类细胞的凋亡、酵母配子发育的缺陷等。但是在其他病毒内是否存在这种修饰呢?在即将过去的2016年,文献报道了一些病毒RNA如HIV和黄病毒属病毒基因组均存在m6A修饰,这些修饰在病毒感染和基因表达方面发挥重要功能。接下来,我们将为读者总结一下本年度的重大研究进展。
 

Nature Microbiology:首次证实HIV基因组存在m6A修饰

来自加州大学的研究团队利用HIV感染CD4+ T细胞,利用免疫沉淀及测序技术分析细胞内RNA转录谱以及HIV基因组RNA是否有m6A修饰。结果发现,在HIV mRNA内存在14个m6A甲基化修饰位点;在HIV感染的CD4+ T细胞内同样鉴定出56个转录组RNA内发生了m6A甲基化修饰,这些转录组都和病毒基因表达的调控有密切关系。研究团队应用基因沉默技术敲低m6A有关的甲基转移酶METTL3和METTL14或者去甲基化酶ALKBH5后,HIV的复制效率分别发生了降低和升高。进一步研究表明,在HIV Rev蛋白RNA 效应元件(RRE)茎环结构II内存在两个保守的腺苷酸位点,在人类和病毒的RNA中m6A的修饰促进Rev蛋白和RNA RRE的结合,调控RNA出核。该项研究首次证实了HIV基因组内存在m6A修饰,而且该种修饰参与调控HIV复制,为后期开发HIV新型疫苗提供了理论依据。

 


            HIV-1 m6A修饰调控HIV RNA出核

 

Cell Host & Microbe:HIV-1 mRNA m6A修饰促进基因表达

来自美国杜克大学的研究人员应用光交联辅助m6A测序技术进一步分析了HIV基因组内m6A位点的分布。发现m6A的修饰位点集中分布于基因组的3’非翻译区(3’UTR)内。这些m6A修饰可以被细胞内的m6A读码器YTHDF蛋白识别并结合,二者的结合促进mRNA的表达。应用基因沉默以及基因过表达技术敲低或者过表达CD4+ T细胞内YTHDF蛋白后,HIV-1蛋白的表达,RNA的表达及病毒复制效率分别发生了降低或升高。本研究结果首次应用测序技术阐明了m6A在基因组上的分布,而YTHDF蛋白通过识别这些m6A位点,正调控HIV-1 mRNA的表达。

 


                     YTHDF蛋白正调控HIV-1基因表达

 

eLIFE:HIV-1 RNA m6A修饰调控病毒感染和Gag蛋白表达

俄亥俄州立大学的研究人员同样研究了HIV-1 RNA m6A修饰与病毒感染和基因表达的关系。与杜克大学发表的研究成果不尽相同,他们发现m6A修饰主要分布在基因组的5’UTR和3’UTR区。m6A读码器YTHDF1-3蛋白虽然也可以识别并结合HIV-1 RNA基因组内m6A修饰位点。但是在之后进行功能研究时,研究者则发现YTHDF蛋白发挥负调控作用,YTHDF蛋白和HIV-1基因组结合导致病毒RNA降解,通过抑制HIV-1逆转录过程抑制病毒感染CD4+ T细胞,利用基因沉默技术敲低m6A甲基转移酶后,病毒Gag蛋白的表达明显降低,与之相反,当沉默去甲基化酶后,病毒Gag蛋白的表达明显升高。该研究同样为HIV新型疫苗的研究提供了研究思路。

 


                     YTHDF蛋白负调控HIV-1基因表达

 

Cell Host & Microbe:黄病毒属病毒RNA m6A修饰调控病毒感染

    前面的研究详细阐明了细胞核内复制的病毒HIV-1 m6A修饰与病毒感染,基因表达之间的关系,但是在细胞质内复制的病毒,m6A修饰与病毒的关系已往未有报道。在2016年11月,来自美国杜克大学的研究团队研究了m6A修饰对HCV感染的影响。他们发现,在Huh7细胞内利用小干扰RNA(siRNA)敲低甲基转移酶METTL3和METTL14后,HCV的非结构蛋白NS5A的表达明显升高,当敲低去甲基化酶FTO后,NS5A蛋白表达明显降低。由于NS5A蛋白与HCV的复制密切相关,以上研究表明m6A相关的酶系统调控HCV感染。研究人员还发现,YTHDF蛋白可以识别HCV RNA,负调控HCV子代病毒的产生。由于HCV病毒的复制主要位于细胞内的脂质体内,他们利用免疫荧光技术对HCV感染的细胞内的YTHDF蛋白进行了定位,发现HCV感染诱导YTHDF蛋白向脂质体的定位,识别并结合HCV RNA,发挥调控作用。在最后,研究者应用MeRIP技术证实了HCV RNA内存在m6A位点。既然HCV存在m6A修饰位点,那么黄病毒属其他成员是否也存在m6A呢?应用MeRIP技术,研究者发现在登革病毒(DENV2)、黄病毒(YFV)、寨卡病毒(ZIKV)和西尼罗病毒(WNV)均存在m6A修饰位点,这些位点主要分布在NS3和NS5基因。本研究发现细胞质内复制的病毒-HCV存在m6A修饰,在病毒的生命周期内扮演重要角色,这也为黄病毒属疫苗的研究提供了新的切入点。

 


                    HCV RNA m6A修饰调控病毒生命周期

 

参考文献:

1. Lichinchi G, Gao S, Saletore Y, et al. Dynamics of the human and viral m6A RNA methylomes during HIV-1 infection of T cells. Nature Microbiology 1:16011. doi: 10.1038/nmicrobiol.2016.11  

2. Kennedy,E.M., Bogerd, H.P., Kornepati, A.V.,et al.Posttranscriptional m(6)A editing of HIV-1 mRNAs enhances viralgene expression. Cell Host Microbe, 2016, 19, 675-685.

3. Tirumuru, N., Zhao, B.S., Lu, W.,et al. N(6)-methyladenosine of HIV-1 RNA regulates viral infection and HIV-1 Gag protein expression.eLife 5, 5.

4. Nandan S. Gokhale, Alexa B.R. McIntyre, Michael J. McFadden, et al. N6-Methyladenosine in Flaviviridae Viral RNA Genomes Regulates Infection. Cell Host & Microbe, 20,654-665.

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