一种新的微RNA 病毒翻译调节因子的发现及其作用机制

在微RNA 病毒内部核糖体进入位点（Internal ribosomal entry site， IRES）介导翻译的研究中发现，口蹄疫病毒（FMDV）IRES 的结构域3 和4 决定病毒的细胞嗜性（孙超和杨德成等，JGV2014）、结构域4 决定病毒的毒力（于力等，中国发明专利ZL 2017 1 1093774.3 和PCT 专利WO/2018/090994）。进而对IRES 结构域4 的二级结构与功能进行更加精细的研究，发现其C351G 突变引起细胞PTB 蛋白的结合力呈温度依赖性下降、使IRES 发生温度依赖性翻译缺陷、由此导致FMDV温度敏感减毒株的产生（杨德成和孙超等，JVI 2020，doi: 10.1128/JVI.00990-20）。真核生物的蛋白翻译依赖于mRNA 5'端的帽子结构，而FMDV 等微RNA 病毒的蛋白翻译是通过病毒自身的IRES元件以非帽依赖性的方式完成，其过程涉及病毒IRES与宿主细胞翻译起始因子和反式作用因子之间复杂的相互作用，最终完成40S 和60S 核糖体的招募以及翻译起始复合物的形成。该研究团队在前期研究中发现IRES 决定FMDV 的嗜性和毒力，因此将研究目标转向与IRES 相互作用的细胞蛋白，以探索微RNA病毒复制过程中IRES结合蛋白的作用和影响。研究人员首先发现，细胞的核不均一核糖核蛋白L（hnRNP L）以其RRM3-4 基序与IRES 结构域4-5 结合，明显抑制FMDV在细胞中的复制，然而这种抑制作用与IRES介导的翻译功能无关、而是在复制复合物中通过阻止FMDV RNA 的合成抑制FMDV 的复制（孙超等，JVI 2020，doi:10.1128/JVI.00282-20）。

在上述研究的基础上，本研究在细胞中发现一种新的微RNA 病毒翻译调解因子，另一种核不均一核糖核蛋白hnRNPK，它通过抑制病毒IRES 介导的蛋白翻译负调节FMDV 的复制，而且具有独特的作用机制。研究发现，hnRNPK 的KH2 和KH3 结构域直接与FMDV IRES 的II、III 和IV 结构域互作，通过竞争结合IRES 干扰细胞PTB 蛋白的正调节功能，从而抑制IRES 介导的翻译以及FMDV 的复制；相反，在口蹄疫病毒感染过程中，我们发现了一种新的翻译调控机制，即病毒的3C 蛋白酶通过在Glu-364 位点的裂解来对抗hnRNP K 介导的抑制作用。有趣的是，FMDV蛋白酶3C裂解hnRNPK产生两个功能相反的裂解产物，其N 端裂解产物hnRNP K1-364 保留了部分IRES 翻译抑制活性，而C 端裂解产物hnRNP K364-465 则反过来明显促进IRES 的翻译活性、成为FMDV复制的正调控因子。上述研究结果于6 月24 号在线发表在Journal of Virology，刘文铭和杨德成为共同第一作者，于力为通讯作者。

研究病毒嗜性与毒力的分子决定因素及其作用机制，是基础病毒学的重要课题，对于探索病毒的流行规律、寻找免疫防控的策略具有重要的价值。本研究是从病毒IRES 介导的翻译切入，研究IRES与细胞蛋白互作对微RNA 病毒翻译活性以及复制能力的影响，结果发现一种新的微RNA 病毒调节因子hnRNP K，它通过与细胞PTB 蛋白竞争结合IRES 抑制FMDV 的翻译和复制。hnRNP K 在调节FMDV 复制的同时，也受到病毒3C 蛋白酶的反作用调控。3C 酶可将hnRNP K 切割成两段，其N 端裂解产物失去一个IRES 结合域抑制病毒的活性明显下降，而C端裂解产物变成FMDV 复制的激活因子，其机制尚不清楚。这些研究表明，hnRNP K 调节FMDV 复制的机制是复杂的，涉及与病毒IRES 结合对翻译活性的影响、病毒3C 酶裂解对hnRNP K 功能的影响、以及hnRNP K 的C 端裂解产物与未知因素相互作用发生功能转换的影响，这些过程的发生和转换不断达成某种平衡，因此实现对FMDV 在细胞内复制的调控。这些发现，可加深我们对微RNA 病毒翻译机制的理解，是对微RNA 病毒复制理论的新贡献。