AUF1在病毒感染及相關炎癥反應中的調(diào)控作用

段淳檳，王天楹，鐘照華

哈爾濱醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院微生物學教研室，哈爾濱 150081

?

AUF1在病毒感染及相關炎癥反應中的調(diào)控作用

段淳檳，王天楹，鐘照華

哈爾濱醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院微生物學教研室，哈爾濱 150081

摘要：富含AU元件的RNA結合蛋白1(AU-rich element binding factor 1，AUF1)具有剪接加工前體mRNA、轉運和降解成熟mRNA的功能，同時調(diào)節(jié)帶有富含AU元件(AU-rich element，ARE)的mRNA翻新。AUF1通過介導炎性細胞因子及其反應從而控制炎癥進程。研究表明，AUF1與腸道病毒71型的內(nèi)部核糖體進入位點(internal ribosome entry site，IRES)結合并與其交互負性調(diào)節(jié)病毒翻譯與復制，它還可被募集到柯薩奇病毒B3型和腸道病毒71型誘導的應激顆粒中。

關鍵詞：富含AU元件的RNA結合因子1；富含AU元件；mRNA；雙重調(diào)控

許多原癌基因、生長因子、細胞因子和細胞周期基因受轉錄調(diào)控，主要機制是控制RNA轉錄相關不穩(wěn)定順式異構體的轉化率。目前，只有極少數(shù)調(diào)節(jié)因子被確定可控制大部分靶mRNA，表明對控制機制的微小擾動可能產(chǎn)生廣泛的影響[1]。mRNA 轉錄水平受其衰變率的控制。編碼原癌基因、生長因子和細胞因子等的相關基因均受穩(wěn)定mRNA的調(diào)控，因此擾亂mRNA調(diào)控與翻譯功能可能促使炎癥與癌癥的發(fā)生[2-3]。事實上，許多最有生理效力的蛋白質是由短壽命mRNA編碼的[4]，其中有很多富含AU元件(AU-rich element，ARE)。

ARE是穩(wěn)定mRNA最常見的特殊序列之一，位于mRNA 3′端非編碼區(qū)，50~150個堿基，是mRNA上一類十分重要的順式調(diào)控元件，在細胞生長、分化和免疫反應的基因轉錄調(diào)控中發(fā)揮重要作用[5]。ARE通過與反式作用RNA結合蛋白聯(lián)合，控制mRNA的轉化和翻譯活動。ARE結合蛋白(ARE-binding protein，ARE-BP)通過ARE序列與mRNA相互作用，促進其脫腺苷化和降解[6]。

ARE的RNA結合因子1(AU-rich element RNA-binding factor 1，AUF1)也稱不均一核糖核蛋白D(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein D，hnRNP D)，是ARE-BP中最早被發(fā)現(xiàn)并被純化及克隆的。AUF1的編碼基因位于4號染色體上(4q21)，在基因轉錄時，通過分子選擇性剪切產(chǎn)生4個亞型，根據(jù)大小分別稱為p37 AUF1、p40 AUF1、p42 AUF1和p45 AUF1[7]。已證明AUF1的4個亞型有多種不同功能，包括目標ARE mRNA的穩(wěn)定及衰變，以及某些受差異亞細胞位置、表達水平、翻譯后修飾控制的基因的轉錄激活，從而維護基因組的完整性[8-9]。

AUF1主要分布于細胞核，作為穿梭蛋白，參與真核細胞的早期RNA加工，并通過穿梭作用攜帶RNA進行核質運輸，從而保證RNA的穩(wěn)定性[10]。AUF1通常被認為促進許多靶mRNA衰變，包括編碼細胞周期調(diào)節(jié)蛋白(cyclin D1、p21、p27、p16和pRB)、癌基因蛋白(Fos、JunD和Myc)、凋亡相關蛋白(Bcl-2和Bax)及炎癥因子的基因〔如白細胞介素1β(interleukin 1β，IL-1β)、IL-6、IL-8、粒細胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)〕。至少部分通過這些交互作用，AUF1參與細胞增殖、衰老、免疫反應和應激等細胞進程[11]。

AUF1被證明能調(diào)節(jié)mRNA轉化、mRNA穩(wěn)定或去穩(wěn)定，在一些細胞環(huán)境中能在轉錄后水平和翻譯水平甚至轉錄水平調(diào)節(jié)基因表達[6]。AUF1通過調(diào)節(jié)包含3′-非翻譯區(qū)(untranslated region，UTR)ARE mRNA的表達途徑，控制各類生理功能，從而協(xié)調(diào)與各類生理功能相關的通路[4,12]。

AUF1參與編碼原癌基因、細胞凋亡和細胞周期的調(diào)節(jié)。通過募集至mRNA使mRNA穩(wěn)定或去穩(wěn)定，可促進或拮抗腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，在腫瘤性疾病中AUF1功能改變會導致嚴重后果[13]。因此，AUF1的表達水平及功能必須受到嚴格監(jiān)管，以維持正常的細胞穩(wěn)態(tài)。

1AUF1在病毒感染中的作用

AUF1作為參與mRNA穩(wěn)定性的一種細胞蛋白，可直接與病毒的5′-非編碼區(qū)(non-coding region，NCR)結合，從而在不同病毒復制和翻譯周期中發(fā)揮作用，并抑制整體病毒滴度[14]。目前，在小RNA病毒科柯薩奇病毒和人鼻病毒的感染過程中，AUF1的定位功能對病毒滴度的抑制作用及3C蛋白酶的解離作用均已得到證實[14-16]。

AUF1與腸道病毒71型(enterovirus 71，EV71)的內(nèi)部核糖體進入位點(internal ribosome entry site，IRES)結合并負性調(diào)節(jié)IRES依賴的翻譯和病毒復制[17]。將感染細胞中的AUF1敲除，可促進病毒蛋白合成和病毒滴度增加，證實AUF1與EV71 RNA及其高度結構化的5′-UTR在體外進行交互作用并負性調(diào)節(jié)病毒蛋白合成[14,17]。

在B組柯薩奇病毒(coxsackievirus B，CVB)感染中，AUF1通過結合CVB RNA的3′-UTR，將其靶向降解并負性調(diào)節(jié)CVB在哺乳動物細胞中的復制，從而發(fā)揮抗病毒作用。然而，CVB似乎可在某種程度上通過促進AUF1定位和AUF1水解而對抗這一抑制作用[14]。有研究[18]發(fā)現(xiàn)AUF1與病毒作用的另一種方式：AUF1可被募集至CVB誘導的應激顆粒(stress granule，SG)中。SG是應激發(fā)生時細胞中產(chǎn)生的細胞質顆粒，在CVB3感染的細胞中可發(fā)現(xiàn)SG產(chǎn)生，通過對某些已知SG標記進行共定位檢測，可證實其對CVB感染的應答。通過檢測AUF1與SG標記共定位，發(fā)現(xiàn)AUF1被募集至高劑量CVB3誘導的SG中，成為針對病毒感染的SG新組成部分，作為穩(wěn)定或不穩(wěn)定因子在應激應答中發(fā)揮重要作用[19]。

對RNA加工的控制在人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)表達中起重要作用。AUF1表達減少會降低HIV-1 Gag和Env的合成[20]。AUF1缺失并未導致病毒RNA豐度發(fā)生變化，只是減少細胞質中HIV-1 RNA的拼接和剪接[21-22]。在由細胞核至細胞質的亞細胞環(huán)境中，AUF1(主要為p42亞型)的重大轉變會導致HIV-1感染。對AUF1亞型的分析表明，p37和p40亞型會從整合前病毒抑制Gag表達，而p42和p45亞型促進這一過程[20]。這一事實表明，通過對AUF1各亞型豐度的調(diào)節(jié)，HIV-1在細胞中能否復制是可控的，選擇性清除p42和p45亞型導致HIV-1結構蛋白表達缺失證實了這一假設。

2AUF1在相關炎癥反應中的作用

2.1AUF1維護細胞正常老化及維持端粒正常化

許多炎癥相關疾病與端粒侵蝕的加速及DNA損傷、細胞衰老、老化標記的增加相關。研究[23]發(fā)現(xiàn)，AUF1激活端粒酶表達，維護正常染色體端粒的長度，從而抑制細胞衰老和維持正常老化，并耦合衰減的炎癥反應。與正常小鼠相比，AUF1缺失小鼠經(jīng)受了顯著的端粒侵蝕，增殖性細胞中的平均端粒長度嚴重減少，且無法維持端粒的最短長度，端粒末端DNA損傷反應顯著增加，出現(xiàn)顯著的細胞衰老，且隨損傷反應連續(xù)世代增加細胞迅速提早老化，而通過再供應AUF1表達可挽救AUF1敲除小鼠及其人工培養(yǎng)細胞。細胞周期檢查點基因的穩(wěn)定性增加促進了細胞衰老[24]，AUF1與之結合并將其破壞，從而延緩了細胞衰老的進程。

2.2AUF1介導炎性細胞因子反應

RNA結合蛋白(包含 AUF1)介導的細胞因子mRNA降解在某種程度上促進炎性細胞因子反應的中止。ARE可調(diào)節(jié)許多促炎蛋白、趨化因子、細胞因子等mRNA的降解，此作用稱ARE介導的降解(ARE-mediated decay，AMD)[25-26]。AUF1與ARE相互作用，通過AMD途徑使炎性細胞因子mRNA衰變并破壞穩(wěn)定的炎性細胞因子，從而減輕炎性細胞因子反應。該途徑不僅有利于機體迅速清除入侵病原體，還可有效防止免疫過度對機體自身的損傷。研究[12]表明，缺乏一或兩個AUF1基因拷貝的小鼠無法正常降解細菌內(nèi)毒素誘導的炎性細胞因子mRNA，導致內(nèi)毒素休克。

3結語

AUF1作為最早被發(fā)現(xiàn)并被純化克隆的ARE結合蛋白，在細胞內(nèi)基因表達調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮重要作用。然而在目前研究中，AUF1發(fā)揮生物學效應的分子機制及其在病毒感染與炎癥反應中協(xié)調(diào)功能相關的信號通路尚未完全明確，其所處生理環(huán)境的不同及各亞型表達水平與亞細胞定位的差異，均可影響生物學效應的發(fā)揮，尚需進一步研究。

參考文獻

[1]Benjamin D, Moroni C. mRNA stability and cancer: an emerging link? [J]. Expert Opin Biol Ther, 2007, 7(10): 1515-1529.

[2]Wilusz CJ, Wormington M, Peltz SW. The cap-to-tail guide to mRNA turnover [J]. Nat Rev Mol Cell Biol, 2001, 2(4): 237-246.

[3]程林峰，楊向民.缺氧誘導因子-1與腫瘤的關系 [J].實用腫瘤學雜志，2007，21(4)：370-373.

[4]Moore AE, Chenette DM, Larkin LC, Schneider RJ. Physiological networks and disease functions of RNA-binding protein AUF1 [J]. Wiley Interdiscip Rev RNA, 2014, 5(4): 549-564.

[5]Bakheet T, Frevel M, Williams BR, Greer W, Khabar KS. ARED: human AU-rich element-containing mRNA database reveals an unexpectedly diverse functional repertoire of encoded proteins [J]. Nucleic Acids Res, 2001, 29(1): 246-254.

[6]Khabar KS. Post-transcriptional control during chronic inflammation and cancer: a focus on AU-rich elements [J]. Cell Mol Life Sci, 2010, 67(17): 2937-2955.

[7]Wagner BJ, Demaria CT, Sun Y, Wilson GM, Brewer G. Structure and genomic organization of the human AUF1 gene: alternative pre-mRNA splicing generates four protein isoforms [J]. Genomics, 1998, 48(2): 195-202.

[8]Laroia G, Schneider RJ. Alternate exon insertion controls selective ubiquitination and degradation of different AUF1 protein isoforms [J]. Nucleic Acids Res, 2002, 30(14): 3052-3058.

[9]Moraes KC, Quaresma AJ, Maehnss K, Kobarg J. Identification and characterization of proteins that selectively interact with isoforms of the mRNA binding protein AUF1 (hnRNP D) [J]. Biol Chem, 2003, 384(1): 25-37.

[10]Barreau C, Paillard L, Osborne HB. AU-rich elements and associated factors: are there unifying principles? [J]. Nucleic Acids Res, 2005, 33(22): 7138-7150.

[11]Yoon JH, De S, Srikantan S, Abdelmohsen K, Grammatikakis I, Kim J, Kim KM, Noh JH, White EJ, Martindale JL, Yang X, Kang MJ, Wood WH 3rd, Noren Hooten N, Evans MK, Becker KG, Tripathi V, Prasanth KV, Wilson GM, Tuschl T, Ingolia NT, Hafner M, Gorospe M. PAR-CLIP analysis uncovers AUF1 impact on target RNA fate and genome integrity [J]. Nat Commun, 2014, 5: 5248.

[12]Lu JY, Sadri N, Schneider RJ. Endotoxic shock in AUF1 knockout mice mediated by failure to degrade proinflammatory cytokine mRNAs [J]. Genes Dev, 2006, 20(22): 3174-3184.

[13]Zucconi BE, Wilson GM. Modulation of neoplastic gene regulatory pathways by the RNA-binding factor AUF1 [J]. Front Biosci (Landmark Ed), 2011, 16: 2307-2325.

[14]Cathcart AL, Rozovics JM, Semler BL. Cellular mRNA decay protein AUF1 negatively regulates enterovirus and human rhinovirus infections [J]. J Virol, 2013, 87(19): 10423-10434.

[15]Spurrell JC, Wiehler S, Zaheer RS, Sanders SP, Proud D. Human airway epithelial cells produce IP-10 (CXCL10) in vitro and in vivo upon rhinovirus infection [J]. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol, 2005, 289(1): L85-L95.

[16]Wong J, Si X, Angeles A, Zhang J, Shi J, Fung G, Jagdeo J, Wang T, Zhong Z, Jan E, Luo H. Cytoplasmic redistribution and cleavage of AUF1 during coxsackievirus infection enhance the stability of its viral genome [J]. FASEB J, 2013, 27(7): 2777-2787.

[17]Lin JY, Li ML, Brewer G. mRNA decay factor AUF1 binds the internal ribosomal entry site of enterovirus 71 and inhibits virus replication [J]. PLoS One, 2014, 9(7): e103827.

[18]Wu S, Lin L, Zhao W, Li X, Wang Y, Si X, Wang T, Wu H, Zhai X, Zhong X, Gao S, Tong L, Xu Z, Zhong Z. AUF1 is recruited to the stress granules induced by coxsackievirus B3 [J]. Virus Res, 2014, 192(192): 52-61.

[19]Von Roretz C, Di Marco S, Mazroui R, Gallouzi IE. Turnover of AU-rich-containing mRNAs during stress: a matter of survival [J]. Wiley Interdiscip Rev RNA, 2011, 2(3): 336-347.

[20]Lund N, Milev MP, Wong R, Sanmuganantham T, Woolaway K, Chabot B, Abou Elela S, Mouland AJ, Cochrane A. Differential effects of hnRNP D/AUF1 isoforms on HIV-1 gene expression [J]. Nucleic Acids Res, 2012, 40(8): 3663-3675.

[21]Dreyfuss G, Kim VN, Kataoka N. Messenger-RNA-binding proteins and the messages they carry [J]. Nat Rev Mol Cell Biol, 2002, 3(3): 195-205.

[22]Zucconi BE, Ballin JD, Brewer BY, Ross CR, Huang J, Toth EA, Wilson GM. Alternatively expressed domains of AU-rich element RNA-binding protein 1 (AUF1) regulate RNA-binding affinity, RNA-induced protein oligomerization, and the local conformation of bound RNA ligands [J]. J Biol Chem, 2010, 285(50): 39127-39139.

[23]Pont AR, Sadri N, Hsiao SJ, Smith S, Schneider RJ. mRNA decay factor AUF1 maintains normal aging, telomere maintenance, and suppression of senescence by activation of telomerase transcription [J]. Mol Cell, 2012, 47(1): 5-15.

[24]d’Adda di Fagagna F, Reaper PM, Clay-Farrace L, Fiegler H, Carr P, Von Zglinicki T, Saretzki G, Carter NP, Jackson SP. A DNA damage checkpoint response in telomere-initiated senescence [J]. Nature, 2003, 426(6963): 194-198.

[25]Newbury SF. Control of mRNA stability in eukaryotes [J]. Biochem Soc Trans, 2006, 34(1): 30-34.

[26]Khabar KS. Rapid transit in the immune cells: the role of mRNA turnover regulation [J]. J Leukoc Biol, 2007, 81(6): 1335-1344.

2015年度《微生物與感染》“一健康基金”優(yōu)秀論文獲獎名單

為鼓勵作者積極投送優(yōu)質稿件，提高雜志學術質量，提升雜志學術地位，《微生物與感染》編委會決定2015年起從本刊當年刊登的文章中評選優(yōu)秀論文并予以表彰，其中一等獎1名、二等獎2名，獎金由“一健康基金”提供。本屆評獎委員會由本刊主編及副主編組成，對本刊2015年所有發(fā)表文章的創(chuàng)新性、時效性、嚴謹性及應用性等多方面進行了評定，并獲得“一健康基金”管理委員會的批準。獎狀及獎金由“一健康基金”頒發(fā)。

一等獎：

論文題目：PTEN通過下調(diào)自噬活性抑制登革病毒2型感染

作者：高婷婷，秦照玲，王巖，陶清源，任浩，趙平，戚中田

單位：第二軍醫(yī)大學微生物學教研室, 上海市醫(yī)學生物防護重點實驗室

二等獎(排名不分先后)：

論文題目：致病性曲霉的耐藥性研究進展

作者：王千，李若瑜，劉偉

單位：北京大學第一醫(yī)院皮膚性病科，北京大學真菌與真菌病研究中心，皮膚病分子診斷北京市重點實驗室

論文題目：γ干擾素釋放試驗與結核菌素皮膚試驗篩查預測活動性結核病的比較

作者：阮巧玲，邵凌云，吳晶，張舒，虞勝鐳，王森，高巖，王菲，張西雁，劉袁媛，饒英，沈瑤杰，張穎，張文宏

單位：復旦大學附屬華山醫(yī)院感染科；重慶市肺科醫(yī)院

《微生物與感染》編輯部

Corresponding author. ZHONG Zhaohua, E-mail: zhongzh@ems.hrbmu.edu.cn

·綜述·

Role of AUF1 in viral infection and related inflammation

DUAN Chunbin, WANG Tianying, ZHONG Zhaohua

Department of Microbiology, School of Basic Medical Sciences, Harbin Medical University, Harbin 150081, China

Abstract:Regulated messenger RNA (mRNA) decay is an essential mechanism that governs proper control of gene expression. AU-rich element RNA-binding factor 1 (AUF1) exhibits the characteristics of a trans-acting factor contributing to the rapid turnover of many cellular mRNAs. AUF1 controls the process of inflammation by mediating inflammatory cytokines and their responses. Studies show that AUF1 binds the internal ribosome entry site (IRES) of enterovirus 71 (EV71) and interacts with IRES to negatively regulate viral translation and replication. AUF1 could be recruited to the stress granules induced by coxsackievirus B3 and enterovirus 71.

Key words:AU-rich element RNA-binding factor 1; AU-rich element; mRNA; Double regulation

收稿日期：(2015-12-01)

通信作者：鐘照華

基金項目：國家自然科學基金(31300144、81271825)