長鏈非編碼RNA NRAV在抗病毒應(yīng)答中對干擾素刺激基因(ISG)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控作用

歐陽晶，朱曉梅,2，陳玉海，魏海濤，陳慶煌,，池曉娟，祁保民，張連峰，趙屹，高福，汪國順，陳吉龍,

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長鏈非編碼RNA NRAV在抗病毒應(yīng)答中對干擾素刺激基因(ISG)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控作用

歐陽晶1，朱曉梅1,2，陳玉海1，魏海濤1，陳慶煌1,3，池曉娟3，祁保民3，張連峰4，趙屹5，高福1，汪國順6，陳吉龍1,3

1. 中國科學(xué)院微生物研究所，中國科學(xué)院病原微生物與免疫學(xué)重點實驗室，北京100101；2. 安徽大學(xué)生命科學(xué)院，合肥230601；3. 福建農(nóng)林大學(xué)動物科學(xué)院，福州350002；4. 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院實驗動物研究所，中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)比較醫(yī)學(xué)研究中心，北京100021；5. 中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所智能信息處理重點實驗室，北京100190；6. Gene Therapy Program, Departments of Microbiology and Immunology, Medicine and Genetics, Louisiana State University Health Sciences Center, New Orleans, LA 70112, USA

歐陽晶，博士后

天然免疫是宿主抵抗病毒的第一道防線。病毒侵染宿主后，宿主的病原識別受體(PRR)鑒別出病毒的核酸或蛋白質(zhì)組分，激活抗病毒天然免疫應(yīng)答。一系列天然免疫信號通路被PRR激活，通路下游的轉(zhuǎn)錄因子隨之活化并進入細(xì)胞核，核內(nèi)各種免疫相關(guān)基因依次開始轉(zhuǎn)錄調(diào)控。首先，干擾素大量表達并被分泌至細(xì)胞外，隨后上百種干擾素刺激基因(ISG)轉(zhuǎn)錄表達。這些ISG蛋白分布至細(xì)胞內(nèi)外，通過多種機制抵御病毒的感染復(fù)制，以清除機體內(nèi)的病毒。長鏈非編碼RNA(Long non-coding RNA, lncRNA)是一類長度大于200nt、不具有蛋白編碼特性的RNA分子。近年來大量實驗證據(jù)表明，長鏈非編碼RNA在細(xì)胞生命活動中具有重要調(diào)控功能，與腫瘤發(fā)生轉(zhuǎn)移、分化發(fā)育異常、免疫疾病等密切相關(guān)，但是lncRNA在抗病毒天然免疫應(yīng)答過程中的作用仍不清楚。

中國科學(xué)院微生物研究所陳吉龍研究員領(lǐng)導(dǎo)的病毒感染與腫瘤發(fā)生機理研究組針對lncRNA在流感病毒復(fù)制及宿主抗病毒天然免疫應(yīng)答中的功能展開研究。他們從轉(zhuǎn)錄組水平觀察到，在感染流感病毒的人肺細(xì)胞A549內(nèi)大量lncRNA的表達水平發(fā)生顯著變化。其中一條lncRNA (命名為NRAV，Negative regulator of anti-viral response)在多種病毒感染后，豐度均明顯降低。這些病毒包括ssRNA病毒(流感病毒和仙臺病毒)、dsRNA病毒(番鴨呼腸孤病毒)和DNA病毒(單純皰疹病毒)。通過體外研究，他們發(fā)現(xiàn)宿主通過降低NRAV的表達水平，以保護細(xì)胞、抑制流感病毒復(fù)制。該研究采用過表達或干擾表達技術(shù)，改變NRAV的表達水平，觀察到NRAV高表達可促進流感病毒的復(fù)制，而減少NRAV的表達則抑制病毒的復(fù)制。與此一致的是，在體內(nèi)實驗中發(fā)現(xiàn)表達人NRAV的轉(zhuǎn)基因小鼠對流感病毒更加易感，肺部的病毒載量更高，浸潤性炎癥更嚴(yán)重，死亡率明顯高于野生型小鼠。這些研究表明，NRAV是抗病毒天然免疫應(yīng)答的負(fù)調(diào)控因子。

為了探究NRAV如何影響病毒復(fù)制，該研究采用生物芯片技術(shù)，在全基因組水平分析了病毒感染情況下，過表達NRAV對蛋白編碼基因轉(zhuǎn)錄水平的影響，發(fā)現(xiàn)許多ISG發(fā)生差異表達。其中，MxA和IFITM3是重要的抗病毒效應(yīng)蛋白。MxA通過結(jié)合流感病毒的NP蛋白而影響病毒的復(fù)制過程；IFITM3通過阻礙病毒由早期內(nèi)體進入晚期內(nèi)體而影響病毒vRNP的入核及復(fù)制。研究發(fā)現(xiàn)，包括這兩種基因在內(nèi)的多種關(guān)鍵ISG的轉(zhuǎn)錄受到NRAV的抑制調(diào)控。這解釋了NRAV影響病毒復(fù)制的機制，即病毒感染后，NRAV降低，解除了對ISG表達的抑制作用，ISG得以表達并遏制病毒復(fù)制。

該研究進一步探索了NRAV負(fù)調(diào)控ISG表達的作用機制。組蛋白修飾是基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的重要環(huán)節(jié)，不同的修飾將影響染色質(zhì)的重構(gòu)，并決定基因是否轉(zhuǎn)錄。例如核小體中，當(dāng)組蛋白3的N端第4個氨基酸——賴氨酸發(fā)生三甲基化修飾時(H3K4me3)，此基因位點的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，基因表現(xiàn)為轉(zhuǎn)錄“開啟”狀態(tài)；而當(dāng)組蛋白3的N端第27個氨基酸——賴氨酸發(fā)生三甲基化修飾時(H3K27me3)，此位點的基因表現(xiàn)為轉(zhuǎn)錄“關(guān)閉”狀態(tài)。深入研究發(fā)現(xiàn)，NRAV通過影響MxA和IFITM3基因的組蛋白修飾(H3K4me3和H3K27me3)從而抑制這些基因的初始轉(zhuǎn)錄。研究還發(fā)現(xiàn)，NRAV特異性地與多功能轉(zhuǎn)錄因子ZONAB相結(jié)合，二者相互作用，影響MxA的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。

該研究充分表明lncRNA在抗病毒天然免疫反應(yīng)中具有重要調(diào)控功能，首次發(fā)現(xiàn)NRAV是干擾素應(yīng)答的組成部分 (NRAV工作模式見圖1)。這一發(fā)現(xiàn)有助于人們深入了解病毒與宿主的相互作用，認(rèn)識抗病毒天然免疫的復(fù)雜性，為新型抗病毒藥物的研制提供新思路和重要的理論依據(jù)。研究成果于2014年11月12日在國際著名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表。論文鏈接：http://www. cell.com/cell-host-microbe/abstract/S1931-3128(14)00379-5。

圖1 長鏈非編碼RNA NRAV功能模式圖