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郑永唐学科组发现北平顶猴APOBEC3G异常剪切降低了其对HIV-1基因组编辑压力
2019-12-17 来源:分子免疫药理学实验室 作者:
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  宿主病毒限制因子APOBEC3TRIM5αTRIMCypTetherinSAMHAD1Mx2等可直接作用于HIV-1等逆转录病毒,从而限制病毒在宿主细胞中的复制。对宿主限制因子的研究有助于阐明HIV-1复制的分子免疫机制,构建合适艾滋病动物模型,探究艾滋病药物新靶点和治疗新策略。郑永唐学科组前期研究在旧大陆猴唯一可感染HIV-1平顶猴中发现了一种新的TRIMCyp融合模式,证明npmTRIMCyp不能限制HIV-1的感染和复制,从而阐明了平顶猴对HIV-1易感的分子机制,首次创建了北平顶猴HIV-1感染模型,HIV-1在北平顶猴体内表现为持续性低水平复制和形成潜伏感染APOBEC3也诱导了HIV-1病毒的超突变(Liao et al, AIDS, 2007; Kuang et al, Retrovirology, 2009; Pang et al, Sci Bull, 2018; Pang et al, Front Immunol, 2018) 

  APOBEC3家族成员,尤其是APOBEC3G (A3G)APOBEC3F (A3F),是重要的抗病毒因子,它们通过胞嘧啶脱氨基作用导致病毒基因组突变的机制来抑制病毒的复制。A3G的致突变编辑活性主要表现为病毒基因组5’-GG-3’5’-AG-3’的突变,而A3F致突变则主要表现为病毒基因组5’-GA-3’5’-AA-3’的突变。APOBEC3导致的病毒基因组高突变与病毒进化及疾病进程相关。 

  郑永唐学科组对HIV-1感染北平顶猴的病毒序列研究时发现,北平顶猴中HIV-1的基因组突变模式不同于人,北平顶猴体内HIV-1 基因组从5’-GG-3’5’-AG-3’A3G特征突变数量异常低,提示北平顶猴A3G存在表达或功能异常。进一步研究发现北平顶猴A3G蛋白功能并没有异常,且表现出较强的体外致HIV-1突变能力。北平顶猴A3G在基因表达上存在明显的可变剪切,新发现的RNA剪切体因存在2个提前终止密码子,导致其翻译提前终止无法形成正常A3G蛋白。这种异常剪切体的表达显著高于正常A3G剪接体的表达,这种异常剪切体的高表达稀释了正常A3G蛋白,相对削弱了其对病毒的编辑压力。A3G这种异常剪接模式普遍存在于北平顶猴、中国猕猴和食蟹猴。 

  进一步的机制研究发现,与人A3G基因不同的是北平顶猴A3G基因第1内含子中插入了Alu序列。Alu序列是灵长类基因组特有的含量丰富的重复序列,也是基因组中最活跃遗传元件之一。Alu序列的插入影响了北平顶猴A3G正常剪接模式,即在没插入Alu序列的情况下,RNA Pol II可以快速加工并呈递至下游的强3'剪接位点,从而有效地与上游弱3'剪接位点竞争,不产生明显的异常剪接体;而Alu序列插入延迟了下游强3'剪接位点的出现,这种延迟将为上游弱3'剪接位点剪接反应发生提供了更多的机会和时间,从而导致了大量异常剪接体出现,干扰了正常剪接体的产生。体外将插入的Alu序列删除后,北平顶猴A3G异常剪切模式被消除,证明北平顶猴A3G内含子中Alu序列的插入是A3G产生异常剪切的原因。 

  该研究论文“An Alu element insertion into intron 1 results in the aberrant alternative splicing of APOBEC3G pre-mRNA in northern pig-tailed macaques (Macaca leonina) may reduce APOBEC3G-mediated hypermutation pressure on HIV-1”于近日在《Journal of Virology》在线发表(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31776266)。张晓亮硕士和罗梦婷博士生为本文共同第一作者,郑永唐研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金,国家科技重大专项等项目资助。 

  1. 北平顶猴APOBEC3G异常剪切降低了其对HIV-1基因组编辑压力. (A) Alu序列插入北平顶猴A3G1内含子中;(B)转录过程中北平顶猴A3G mRNA出现2种剪切体,其中180bp内含子插入mRNA导致出现提前终止密码子的剪切体为异常剪切体,且异常剪切体表达量较高;(C)北平顶猴中HIV-1基因组5’-GG-3’5’-AG-3’的超突变数量降低,降低了正常A3G对病毒基因组的超突变编辑压力。 


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