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Cell:变节的miRNA

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在细胞与病毒之间的斗争中,任何一方都可以使用诡计。由于双方都需要细胞机器,一些控制细胞机器的分子信息极易遭受拦截或被篡改。来自洛克菲勒大学的一项新研究揭示出了一个独特的反转案例——感染肝脏的丙型肝炎病毒就采用了这样的一种策略。这或许可以帮助解释肝脏疾病的进展,研究人员怀疑这种现象有可能更广泛地存在于致病病毒世界中。


病毒学与传染病实验室主任、病毒学教授Charles Rice以及分子神经肿瘤学实验室主任Robert Darnell教授共同领导了这项研究,相关论文发表在3月12日的《细胞》(Cell)杂志上。


研究人员结合使用一些强大的技术,绘制出了这一病毒与小片段遗传物质miRNA-122之间的互作图。miRNA-122几乎只在肝细胞中生成,通常情况下肝细胞利用它来调控自身一些基因的表达。


论文的第一作者Joseph Luna说:“众所周知,一旦进入到肝细胞内,丙型肝炎病毒就必须结合miRNA-122以建立持续的感染。我们发现了这种互作一个意想不到的后果:通过结合miRNA-122,病毒发挥像海绵一样的作用,吸收了这些调控基因的分子。我们的试验表明,在感染肝细胞中这造成了基因活性的扭曲。”


Luna解释说,感染病毒和宿主之间的斗争常常被看作是蛋白质像士兵一样在战斗。双方的士兵都必须听从命令——在这一情况下,指的是负责蛋白质生成的遗传信息。这就是miRNA-122出现的原因。miRNA-122是一种microRNA,这类RNA被编码到基因组中其目的是为了关闭一些基因的表达。它是通过将一种沉默蛋白复合物引导到基因的RNA转录物处,阻止转录物翻译为蛋白质来发挥功能的。通过这种方式,miRNA-122似乎帮助控制了许多正常的功能,包括胆固醇和铁代谢以及昼夜节律。


但miRNA-122也是丙型肝炎病毒必需的。一旦进入到肝细胞中,病毒RNA会结合miRNA-122,其稳定并保护了病毒使得它能够进行复制。长期的丙型肝炎病毒感染可以导致肝纤维化和肝癌。


为了探究丙型肝炎病毒和miRNA-122的互作机制以及宿主肝细胞的反应,研究人员利用了12年前由Darnell实验室开发的交联免疫沉淀(CLIP)技术,针对性地寻找与沉默相关的一种蛋白Argonaute。通过这种方式,他们捕获了miRNA-122/Argonaute复合物以及结合的RNA转录物片段。随后他们测序了这些RNA转录物看看它们代表的是什么遗传指令。


Robert Darnell 说:“一个microRNA可以有成百上千的靶标,但研究人员通常都是将焦点放在单一互作上。通过结合CLIP和RNA测序,我们从整体的角度绘制出了miRNA-122与病毒和感染宿主基因组之间的所有相互作用。由此极精确地构建出了细胞中正在真实发生的事件的图像。”


他们的图像显示,在病毒基因组的一端miRNA-122的结合达到高峰,这证实了从前的研究工作;miRNA-122也在其他的一些地方与病毒互作,目前尚不清楚其意义。当研究人员在感染细胞中检测miRNA-122互作时,他们发现相比于未感染细胞miRNA-122水平降低。并且,检测miRNA-122控制的基因表达证实,这一microRNA不太活跃因为这些基因都具有较高的活性水平。


Luna 说:“如果是长期低水平的miRNA-122促进了一些改变,几年下来导致了肝损伤和癌症,那该怎么办?这有可能是病毒感染与丙型肝炎相关病理之间的一个分子链接。在丙型肝炎病毒感染患者中对miRNA-122靶标开展更多的研究,或许可以阐明一些人会继续发展为肝癌而另一些则不会的原因。”


丙型肝炎病毒并不是唯一已知在宿主细胞中通过像海绵般吸收它们的microRNAs来改变基因表达的病毒。人类巨细胞病毒和感染阔鼻猴的疱疹病毒都采用了相似的策略,生成一些RNAs特异地结合宿主microRNAs。但不同于其他的病毒,丙型肝炎病毒必须结合microRNA来实现复制,当它这样做的时候,新病毒基因组会吸收更多的miRNA-122,建立起一个正反馈。


研究作者Charles Rice说:“我们怀疑这三个例子只是冰山的一角,其他的病毒——有可能复制更加凶猛的那些病毒也使用了相似的microRNA海绵吸收策略。我们使用的这些技术使得我们能够以一种不偏倚的方式来调查这一策略的使用。”


原文链接:Hepatitis C Virus RNA Functionally Sequesters miR-122


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