赵凌组报道病毒诱导lncRNA表达对宿主相关基因的表观调控

来源：BioArt

在中枢神经系统（CNS）的传染病中，由病毒性病原体（即嗜神经病毒）引起的疾病远比细菌、真菌和原生动物更为普遍。嗜神经病毒可通过多种途径到达中枢神经系统，并根据进入途径和病毒类型在星形胶质细胞、小胶质细胞和神经元等一种或多种类型的细胞中增殖。宿主在感染某些嗜神经病毒后可引起脑膜炎或脑炎，并导致严重的神经功能障碍，比如水疱性口炎病毒 (VSV)、森林脑炎病毒 (SFV)、单纯疱疹病毒 (HSV-1) 和人体免疫缺陷病毒 (HIV) 等。此外，新发病毒中有近一半是嗜神经病毒，包括登革热病毒、寨卡病毒以及最近肆虐全球的新型冠状病毒均可感染神经系统并引发一定程度的神经症状。狂犬病毒（RABV）是一种典型的嗜神经病毒，是引发狂犬病的病原体。由于该病毒的致病机制不详，目前尚无有效的治疗手段，发病后的死亡率接近100%。我国每年因狂犬病死亡的人数在所有传染病中排第四位。因此，迫切需要深入研究狂犬病毒的致病机制，为开发新的临床治疗手段奠定基础。

多梳抑制复合物2（PRC2）是一种具有表观遗传调控功能的蛋白复合物，其可维持组蛋白修饰。已知一些长非编码RNA（lncRNA）可以与PRC2相互作用并将其引导至染色质的作用位点，从而定义了反式作用的lncRNA机制。EZH2作为甲基转移酶是PRC2的催化成分：它结合RNA并催化组蛋白H3赖氨酸27（H3K27me2/3）的二甲基或三甲基化，这种修饰导致兼性异染色质的形成并因此导致转录抑制。已知许多癌症都具有非常高的EZH2表达水平，因此该蛋白质已成为一种抗癌靶标，并为此开发了多种抑制剂。最近也有报道称EZH2组蛋白甲基转移酶的活性抑制剂可以抑制多种病毒的感染，表明EZH2和/或PRC2在调节病毒感染中的作用。但是，尚不清楚该调控作用是如何发生的。一般来说，PRC2（EZH2）在体外和细胞中以混杂的方式结合不同类别的RNA，并且某些lncRNA（例如RepA RNA）在体外对PRC2的结合具有特异性。可以预测PRC2（EZH2）与lncRNA相互作用的特异性至少在活细胞中具有某些调节和生物学功能，但这还需要进一步研究证实。

近日，华中农业大学农业微生物学国家重点实验室狂犬病研究团队赵凌教授课题组在Genome Biology期刊上在线发表了题为 A novel antiviral lncRNA, EDAL, shields a T309 O-GlcNAcylation site to promote EZH2 lysosomal degradation 的研究论文。该研究报道了多种嗜神经病毒能够在神经元中诱导表达lncRNA EDAL，EDAL可以特异性结合EZH2并通过调控EZH2的T309位点的 O-GlcNAcylation修饰来促进EZH2通过溶酶体途径降解，最终促进抗病毒多肽PCP4L1表达从而抑制多种噬神经病毒增殖的分子机制，为进一步研究嗜神经病毒与宿主相互作用的机制提供了新思路。

本研究作者利用狂犬病毒作为研究对象，在感染神经元细胞系N2a细胞后通过RNA-seq的技术手段找到了大量差异表达的lncRNA，并通过表达lncRNA抑制病毒的筛选实验发现狂犬病毒诱导产生的一种全新的lncRNA，由于该lncRNA能够特异性导致EZH2的降解， 所以我们将其命名为EDAL （EZH2 degradation associated lncRNA）。

能够在神经元细胞中显著抑制狂犬病毒的增殖，进一步研究发现EDAL能够显著抑制多种嗜神经病毒，包括水疱性口炎病毒(VSV)、森林脑炎病毒(SFV)和单纯疱疹病毒(HSV-1)等。作者利用狂犬病毒反向遗传操作系统在狂犬病毒基因组中插入EDAL后感染小鼠，发现与对照组相比过表达EDAL能够显著降低狂犬病毒在小鼠体内的致病性。

a 小鼠体重变化；b 临床症状打分；c 小鼠死亡率

深入研究表明EDAL可以与组蛋白甲基转移酶EZH2特异性结合并诱导EZH2通过溶酶体途径降解。通过截短过表达实验发现EDAL的5’端98-153 nt是诱导EZH2降解以及发挥抑制病毒功能的关键区段。作者通过三维结构模拟预测了EDAL 98-153 nt与EZH2的结合位点，再经过点突变、截短过表达、RNA pull-down以及EMSA等大量生化验证后发现EDAL 98-153 nt与EZH2 N端1-337aa结合，并阻碍EZH2 T309位的O-GlcNAcylation修饰从而介导EZH2通过溶酶体途径降解，最终造成细胞内整体的H3K27me3水平降低。进一步通过ChIP-seq筛选发现EDAL诱导的EZH2降解会造成抗病毒多肽PCP4L1启动子处的H3K27me3水平显著降低，从而促进其表达增加并最终抑制多种嗜神经病毒增殖。

lncRNA EDAL的诱导产生及其抑制狂犬病毒增殖的模式图

该研究通过RNA-seq的方法筛选出一条具有抗病毒功能的全新lncRNA EDAL。EDAL通过调控宿主甲基转移酶EZH2的翻译后修饰来调控其降解而影响到组蛋白H3K27me3的水平并影响抗病毒多肽PCP4L1的转录表达。颠覆了此前认为的EZH2只能非特异性结合lncRNA的传统观点，揭示了EZH2中能够特异性结合lncRNA的新位点，为抗病毒、抗肿瘤药物的设计提供了新思路。

华中农业大学动科动医学院博士研究生隋保坤和武汉生命之美科技有限公司陈栋为论文共同第一作者，赵凌教授和武汉生命之美张翼博士为共同通讯作者。