长链非编码RNA NRAV在抗病毒应答中对干扰素刺激基因(ISG)转录的调控作用

欧阳晶，朱晓梅,2，陈玉海，魏海涛，陈庆煌,，池晓娟，祁保民，张连峰，赵屹，高福，汪国顺，陈吉龙,



长链非编码RNA NRAV在抗病毒应答中对干扰素刺激基因(ISG)转录的调控作用

欧阳晶1，朱晓梅1,2，陈玉海1，魏海涛1，陈庆煌1,3，池晓娟3，祁保民3，张连峰4，赵屹5，高福1，汪国顺6，陈吉龙1,3

1. 中国科学院微生物研究所，中国科学院病原微生物与免疫学重点实验室，北京100101；2. 安徽大学生命科学院，合肥230601；3. 福建农林大学动物科学院，福州350002；4. 中国医学科学院实验动物研究所，中国协和医科大学比较医学研究中心，北京100021；5. 中国科学院计算技术研究所智能信息处理重点实验室，北京100190；6. Gene Therapy Program, Departments of Microbiology and Immunology, Medicine and Genetics, Louisiana State University Health Sciences Center, New Orleans, LA 70112, USA

欧阳晶，博士后

天然免疫是宿主抵抗病毒的第一道防线。病毒侵染宿主后，宿主的病原识别受体(PRR)鉴别出病毒的核酸或蛋白质组分，激活抗病毒天然免疫应答。一系列天然免疫信号通路被PRR激活，通路下游的转录因子随之活化并进入细胞核，核内各种免疫相关基因依次开始转录调控。首先，干扰素大量表达并被分泌至细胞外，随后上百种干扰素刺激基因(ISG)转录表达。这些ISG蛋白分布至细胞内外，通过多种机制抵御病毒的感染复制，以清除机体内的病毒。长链非编码RNA(Long non-coding RNA, lncRNA)是一类长度大于200nt、不具有蛋白编码特性的RNA分子。近年来大量实验证据表明，长链非编码RNA在细胞生命活动中具有重要调控功能，与肿瘤发生转移、分化发育异常、免疫疾病等密切相关，但是lncRNA在抗病毒天然免疫应答过程中的作用仍不清楚。

中国科学院微生物研究所陈吉龙研究员领导的病毒感染与肿瘤发生机理研究组针对lncRNA在流感病毒复制及宿主抗病毒天然免疫应答中的功能展开研究。他们从转录组水平观察到，在感染流感病毒的人肺细胞A549内大量lncRNA的表达水平发生显著变化。其中一条lncRNA (命名为NRAV，Negative regulator of anti-viral response)在多种病毒感染后，丰度均明显降低。这些病毒包括ssRNA病毒(流感病毒和仙台病毒)、dsRNA病毒(番鸭呼肠孤病毒)和DNA病毒(单纯疱疹病毒)。通过体外研究，他们发现宿主通过降低NRAV的表达水平，以保护细胞、抑制流感病毒复制。该研究采用过表达或干扰表达技术，改变NRAV的表达水平，观察到NRAV高表达可促进流感病毒的复制，而减少NRAV的表达则抑制病毒的复制。与此一致的是，在体内实验中发现表达人NRAV的转基因小鼠对流感病毒更加易感，肺部的病毒载量更高，浸润性炎症更严重，死亡率明显高于野生型小鼠。这些研究表明，NRAV是抗病毒天然免疫应答的负调控因子。

为了探究NRAV如何影响病毒复制，该研究采用生物芯片技术，在全基因组水平分析了病毒感染情况下，过表达NRAV对蛋白编码基因转录水平的影响，发现许多ISG发生差异表达。其中，MxA和IFITM3是重要的抗病毒效应蛋白。MxA通过结合流感病毒的NP蛋白而影响病毒的复制过程；IFITM3通过阻碍病毒由早期内体进入晚期内体而影响病毒vRNP的入核及复制。研究发现，包括这两种基因在内的多种关键ISG的转录受到NRAV的抑制调控。这解释了NRAV影响病毒复制的机制，即病毒感染后，NRAV降低，解除了对ISG表达的抑制作用，ISG得以表达并遏制病毒复制。

该研究进一步探索了NRAV负调控ISG表达的作用机制。组蛋白修饰是基因转录调控的重要环节，不同的修饰将影响染色质的重构，并决定基因是否转录。例如核小体中，当组蛋白3的N端第4个氨基酸——赖氨酸发生三甲基化修饰时(H3K4me3)，此基因位点的染色质结构松散，基因表现为转录“开启”状态；而当组蛋白3的N端第27个氨基酸——赖氨酸发生三甲基化修饰时(H3K27me3)，此位点的基因表现为转录“关闭”状态。深入研究发现，NRAV通过影响MxA和IFITM3基因的组蛋白修饰(H3K4me3和H3K27me3)从而抑制这些基因的初始转录。研究还发现，NRAV特异性地与多功能转录因子ZONAB相结合，二者相互作用，影响MxA的转录调控。

该研究充分表明lncRNA在抗病毒天然免疫反应中具有重要调控功能，首次发现NRAV是干扰素应答的组成部分 (NRAV工作模式见图1)。这一发现有助于人们深入了解病毒与宿主的相互作用，认识抗病毒天然免疫的复杂性，为新型抗病毒药物的研制提供新思路和重要的理论依据。研究成果于2014年11月12日在国际著名学术期刊上发表。论文链接：http://www. cell.com/cell-host-microbe/abstract/S1931-3128(14)00379-5。

图1 长链非编码RNA NRAV功能模式图