Cell新文章：變節的miRNA

日期：2015-03-16 08:46:36

在細胞與病毒之間的斗爭中，任何一方都可以使用詭計。由于雙方都需要細胞機器，一些控制細胞機器的分子信息極易遭受攔截或被篡改。來自洛克菲勒大學的一項新研究揭示出了一個獨特的反轉案例——感染肝臟的丙型肝炎病毒就采用了這樣的一種策略。這或許可以幫助解釋肝臟疾病的進展，研究人員懷疑這種現象有可能更廣泛地存在于致病病毒世界中。

病毒學與傳染病實驗室主任、病毒學教授Charles Rice以及分子神經腫瘤學實驗室主任Robert Darnell教授共同領導了這項研究，相關論文發表在3月12日的《細胞》（Cell）雜志上。

研究人員結合使用一些強大的技術，繪制出了這一病毒與小片段遺傳物質miRNA-122之間的互作圖。miRNA-122幾乎只在肝細胞中生成，通常情況下肝細胞利用它來調控自身一些基因的表達。

論文的第一作者Joseph Luna說：“眾所周知，一旦進入到肝細胞內，丙型肝炎病毒就必須結合miRNA-122以建立持續的感染。我們發現了這種互作一個意想不到的后果：通過結合miRNA-122，病毒發揮像海綿一樣的作用，吸收了這些調控基因的分子。我們的試驗表明，在感染肝細胞中這造成了基因活性的扭曲。”

Luna解釋說，感染病毒和宿主之間的斗爭常常被看作是蛋白質像士兵一樣在戰斗。雙方的士兵都必須聽從命令——在這一情況下，指的是負責蛋白質生成的遺傳信息。這就是miRNA-122出現的原因。miRNA-122是一種microRNA，這類RNA被編碼到基因組中其目的是為了關閉一些基因的表達。它是通過將一種沉默蛋白復合物引導到基因的RNA轉錄物處，阻止轉錄物翻譯為蛋白質來發揮功能的。通過這種方式，miRNA-122似乎幫助控制了許多正常的功能，包括膽固醇和鐵代謝以及晝夜節律。

但miRNA-122也是丙型肝炎病毒必需的。一旦進入到肝細胞中，病毒RNA會結合miRNA-122，其穩定并保護了病毒使得它能夠進行復制。長期的丙型肝炎病毒感染可以導致肝纖維化和肝癌。

為了探究丙型肝炎病毒和miRNA-122的互作機制以及宿主肝細胞的反應，研究人員利用了12年前由Darnell實驗室開發的交聯免疫沉淀(CLIP)技術，針對性地尋找與沉默相關的一種蛋白Argonaute。通過這種方式，他們捕獲了miRNA-122/Argonaute復合物以及結合的RNA轉錄物片段。隨后他們測序了這些RNA轉錄物看看它們代表的是什么遺傳指令。

Robert Darnell 說：“一個microRNA可以有成百上千的靶標，但研究人員通常都是將焦點放在單一互作上。通過結合CLIP和RNA測序，我們從整體的角度繪制出了miRNA-122與病毒和感染宿主基因組之間的所有相互作用。由此極精確地構建出了細胞中正在真實發生的事件的圖像。”

他們的圖像顯示，在病毒基因組的一端miRNA-122的結合達到高峰，這證實了從前的研究工作；miRNA-122也在其他的一些地方與病毒互作，目前尚不清楚其意義。當研究人員在感染細胞中檢測miRNA-122互作時，他們發現相比于未感染細胞miRNA-122水平降低。并且，檢測miRNA-122控制的基因表達證實，這一microRNA不太活躍因為這些基因都具有較高的活性水平。

Luna 說：“如果是長期低水平的miRNA-122促進了一些改變，幾年下來導致了肝損傷和癌癥，那該怎么辦？這有可能是病毒感染與丙型肝炎相關病理之間的一個分子鏈接。在丙型肝炎病毒感染患者中對miRNA-122靶標開展更多的研究，或許可以闡明一些人會繼續發展為肝癌而另一些則不會的原因。”

丙型肝炎病毒并不是唯一已知在宿主細胞中通過像海綿般吸收它們的microRNAs來改變基因表達的病毒。人類巨細胞病毒和感染闊鼻猴的皰疹病毒都采用了相似的策略，生成一些RNAs特異地結合宿主microRNAs。但不同于其他的病毒，丙型肝炎病毒必須結合microRNA來實現復制，當它這樣做的時候，新病毒基因組會吸收更多的miRNA-122，建立起一個正反饋。

研究作者Charles Rice說：“我們懷疑這三個例子只是冰山的一角，其他的病毒——有可能復制更加兇猛的那些病毒也使用了相似的microRNA海綿吸收策略。我們使用的這些技術使得我們能夠以一種不偏倚的方式來調查這一策略的使用。”