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我校研究團隊揭示病毒-宿主染色質“跨界互作”及其基因組“登陸點”祕密

核心提示: 近日,我校農業微生物學國家重點實驗室曹罡課題組與李國亮課題組通過研究改造4C染色質構象捕獲技術, 捕獲了α-皰疹病毒和宿主的“跨界”染色質互作,為病毒和宿主基因組之間的染色質相互作用及病毒基因轉錄調控提供了新的見解。

南湖新聞網訊(通訊員 肖珂)近日,我校農業微生物學國家重點實驗室曹罡課題組與李國亮課題組改造4C染色質構象捕獲技術, 捕獲了α-皰疹病毒和宿主的“跨界”染色質互作,為病毒和宿主基因組之間的染色質相互作用及病毒基因轉錄調控提供了新的見解。相關研究以“RUNX1-mediated alphaherpesvirus-host trans-species chromatin interaction promotes viral transcription”為題發表於Science Advances學術期刊。

哺乳動物的染色體佔據細胞核的不同區域,染色體內及染色體間發生着動態、精準的染色質互作,以實現基因表達的精準空間和時間調控。皰疹病毒是一個大型基因組DNA病毒家族,能夠感染包括人類在內的多種脊椎動物宿主。大多數真核DNA病毒,例如皰疹病毒,可以將它們的基因組運輸到細胞核中。然而病毒基因組入核後如何精準定位,找到最合適的位置,是否能與宿主基因組特異性互作,進而劫持宿主轉錄工廠,迅速完成自己的轉錄與複製,仍然知之甚少。染色體構象捕獲技術可以揭示細胞核中不同染色體位點之間的遠程染色質相互作用,有可能為病毒DNA與宿主染色質互作提供參考。

該團隊使用偽狂犬病病毒 (PRV) 作為模型病毒,進行了染色體構象捕獲分析,證明病毒與宿主之間特異性跨物種全基因組染色質相互作用。結果顯示,PRV 基因組由宿主DNA結合蛋白RUNX1介導、與宿主染色質開放區和轉錄活躍區有交互。這有助於病毒劫持宿主II型RNA聚合酶(RNAPII),進行病毒基因的有效轉錄。這樣的病毒基因轉錄,會被 RUNX1 抑制劑或通過RNA干擾顯著抑制。這一發現為病毒和宿主基因組之間的染色質相互作用提供了新的見解,並確定了新的研究領域,以促進對皰疹病毒基因組轉錄的理解。

研究團隊在PRV感染的PK15細胞中進行了多重環狀染色體構象捕獲 (multiple 4C-seq) 分析。首先進行甲醛交聯以固定原位染色質複合物結構,然後染色質複合物經過 Bam Hi消化、鄰近連接、Alu I消化和自連接。研究人員設計了32對引物,相關位點分別在PRV基因組Bam Hi和 Alu I酶切位點兩側,並分別用於上述染色質片段的PCR擴增,擴增產物混合在一起用於4C文庫構建。通過這種方法,將來自PRV和宿主細胞基因組的遺傳信息耦合成DNA嵌合片段,用於解析PRV基因組和宿主細胞之間的染色質相互作用。

本研究提出了一種模型,PRV利用宿主DNA結合蛋白RUNX1將其基因組介導到開放染色質和活性轉錄區,促進病毒劫持宿主轉錄機制(如RNAPII),最終及時有效地轉錄病毒基因(圖 1)。研究發現,RUNX1抑制劑Ro 5-3335抑制了宿主細胞中PRV的增殖,這可能是偽狂犬病毒和其他皰疹病毒誘導疾病的潛在候選藥物。這一發現為病毒和宿主基因組之間的互作提供了新的見解,並闡明瞭病毒基因優先轉錄的分子機制,為開拓新的研究領域提供支持,以促進我們對皰疹病毒基因表達的理解,進一步解析宿主細胞中詳細的寄生病毒的生命週期。

圖1 PRV劫持宿主RNAPII通過RUNX1進行轉錄和複製

圖1 PRV劫持宿主RNAPII通過RUNX1進行轉錄和複製

我校農業微生物學國家重點實驗室曹罡課題組肖珂博士和李國亮課題組熊丹博士為該論文共同第一作者。本研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金和中國博士後科學基金資助。

審核人:曹罡 李國亮

【寄件到內地】

Like most DNA viruses, herpesviruses precisely deliver their genomes into the sophisticatedly organized nuclei of the infected host cells to initiate subsequent transcription and replication. However, it remains elusive how the viral genome specifically interacts with the host genome and hijacks host transcription machinery. Using pseudorabies virus (PRV) as model virus, we performed chromosome conformation capture assays to demonstrate a genome-wide specific trans-species chromatin interaction between the virus and host. Our data show that the PRV genome is delivered by the host DNA binding protein RUNX1 into the open chromatin and active transcription zone. This facilitates virus hijacking host RNAPII to efficiently transcribe viral genes, which is significantly inhibited by either a RUNX1 inhibitor or RNA interference. Together, these findings provide insights into the chromatin interaction between viral and host genomes and identify new areas of research to advance the understanding of herpesvirus genome transcription.

論文鏈接

//advances.sciencemag.org/content/7/26/eabf8962

責任編輯:蔣朝常 呂夢涵