一種新的微RNA 病毒翻譯調(diào)節(jié)因子的發(fā)現(xiàn)及其作用機(jī)制

在微RNA 病毒內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點（Internal ribosomal entry site， IRES）介導(dǎo)翻譯的研究中發(fā)現(xiàn)，口蹄疫病毒（FMDV）IRES 的結(jié)構(gòu)域3 和4 決定病毒的細(xì)胞嗜性（孫超和楊德成等，JGV2014）、結(jié)構(gòu)域4 決定病毒的毒力（于力等，中國發(fā)明專利ZL 2017 1 1093774.3 和PCT 專利WO/2018/090994）。進(jìn)而對IRES 結(jié)構(gòu)域4 的二級結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行更加精細(xì)的研究，發(fā)現(xiàn)其C351G 突變引起細(xì)胞PTB 蛋白的結(jié)合力呈溫度依賴性下降、使IRES 發(fā)生溫度依賴性翻譯缺陷、由此導(dǎo)致FMDV溫度敏感減毒株的產(chǎn)生（楊德成和孫超等，JVI 2020，doi: 10.1128/JVI.00990-20）。真核生物的蛋白翻譯依賴于mRNA 5'端的帽子結(jié)構(gòu)，而FMDV 等微RNA 病毒的蛋白翻譯是通過病毒自身的IRES元件以非帽依賴性的方式完成，其過程涉及病毒IRES與宿主細(xì)胞翻譯起始因子和反式作用因子之間復(fù)雜的相互作用，最終完成40S 和60S 核糖體的招募以及翻譯起始復(fù)合物的形成。該研究團(tuán)隊在前期研究中發(fā)現(xiàn)IRES 決定FMDV 的嗜性和毒力，因此將研究目標(biāo)轉(zhuǎn)向與IRES 相互作用的細(xì)胞蛋白，以探索微RNA病毒復(fù)制過程中IRES結(jié)合蛋白的作用和影響。研究人員首先發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞的核不均一核糖核蛋白L（hnRNP L）以其RRM3-4 基序與IRES 結(jié)構(gòu)域4-5 結(jié)合，明顯抑制FMDV在細(xì)胞中的復(fù)制，然而這種抑制作用與IRES介導(dǎo)的翻譯功能無關(guān)、而是在復(fù)制復(fù)合物中通過阻止FMDV RNA 的合成抑制FMDV 的復(fù)制（孫超等，JVI 2020，doi:10.1128/JVI.00282-20）。

在上述研究的基礎(chǔ)上，本研究在細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)一種新的微RNA 病毒翻譯調(diào)解因子，另一種核不均一核糖核蛋白hnRNPK，它通過抑制病毒IRES 介導(dǎo)的蛋白翻譯負(fù)調(diào)節(jié)FMDV 的復(fù)制，而且具有獨(dú)特的作用機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，hnRNPK 的KH2 和KH3 結(jié)構(gòu)域直接與FMDV IRES 的II、III 和IV 結(jié)構(gòu)域互作，通過競爭結(jié)合IRES 干擾細(xì)胞PTB 蛋白的正調(diào)節(jié)功能，從而抑制IRES 介導(dǎo)的翻譯以及FMDV 的復(fù)制；相反，在口蹄疫病毒感染過程中，我們發(fā)現(xiàn)了一種新的翻譯調(diào)控機(jī)制，即病毒的3C 蛋白酶通過在Glu-364 位點的裂解來對抗hnRNP K 介導(dǎo)的抑制作用。有趣的是，F(xiàn)MDV蛋白酶3C裂解hnRNPK產(chǎn)生兩個功能相反的裂解產(chǎn)物，其N 端裂解產(chǎn)物hnRNP K1-364 保留了部分IRES 翻譯抑制活性，而C 端裂解產(chǎn)物hnRNP K364-465 則反過來明顯促進(jìn)IRES 的翻譯活性、成為FMDV復(fù)制的正調(diào)控因子。上述研究結(jié)果于6 月24 號在線發(fā)表在Journal of Virology，劉文銘和楊德成為共同第一作者，于力為通訊作者。

研究病毒嗜性與毒力的分子決定因素及其作用機(jī)制，是基礎(chǔ)病毒學(xué)的重要課題，對于探索病毒的流行規(guī)律、尋找免疫防控的策略具有重要的價值。本研究是從病毒IRES 介導(dǎo)的翻譯切入，研究IRES與細(xì)胞蛋白互作對微RNA 病毒翻譯活性以及復(fù)制能力的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一種新的微RNA 病毒調(diào)節(jié)因子hnRNP K，它通過與細(xì)胞PTB 蛋白競爭結(jié)合IRES 抑制FMDV 的翻譯和復(fù)制。hnRNP K 在調(diào)節(jié)FMDV 復(fù)制的同時，也受到病毒3C 蛋白酶的反作用調(diào)控。3C 酶可將hnRNP K 切割成兩段，其N 端裂解產(chǎn)物失去一個IRES 結(jié)合域抑制病毒的活性明顯下降，而C端裂解產(chǎn)物變成FMDV 復(fù)制的激活因子，其機(jī)制尚不清楚。這些研究表明，hnRNP K 調(diào)節(jié)FMDV 復(fù)制的機(jī)制是復(fù)雜的，涉及與病毒IRES 結(jié)合對翻譯活性的影響、病毒3C 酶裂解對hnRNP K 功能的影響、以及hnRNP K 的C 端裂解產(chǎn)物與未知因素相互作用發(fā)生功能轉(zhuǎn)換的影響，這些過程的發(fā)生和轉(zhuǎn)換不斷達(dá)成某種平衡，因此實現(xiàn)對FMDV 在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的調(diào)控。這些發(fā)現(xiàn)，可加深我們對微RNA 病毒翻譯機(jī)制的理解，是對微RNA 病毒復(fù)制理論的新貢獻(xiàn)。