全長HIV-1 RNA的單分子表轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析揭示了位點特異性m6As的功能作用

一項新的研究發(fā)現(xiàn)，HIV-1 RNA基因組中的一種化學(xué)修飾，其功能一直是科學(xué)界爭論的問題，現(xiàn)在已被證實是病毒在感染宿主細胞后存活和繁殖的關(guān)鍵。

這種對HIV-1 RNA的改變是一種微小的化學(xué)修飾，對RNA的腺苷組成部分m6A進行修飾，是所有生命形式中常見的RNA編輯過程，涉及改變基因表達和蛋白質(zhì)產(chǎn)生。功能效應(yīng)通常代表細胞解決方案，但在某些情況下，導(dǎo)致疾病。

俄亥俄州立大學(xué)的研究人員通過發(fā)展技術(shù)進步來觀察HIV-1 RNA的全長，發(fā)現(xiàn)m6A修飾幾乎只發(fā)生在HIV-1 RNA基因組上的三個特定位置上——在總共242個可以容納m6A的潛在位點中——這三個m6A在病毒復(fù)制中至關(guān)重要。這一發(fā)現(xiàn)表明，冗余是系統(tǒng)內(nèi)置的，進一步的分析表明，HIV-1確實是這種情況。

“這些位點對于產(chǎn)生病毒蛋白質(zhì)和產(chǎn)生病毒基因組RNA非常重要，”資深研究作者Sanggu Kim說，他是俄亥俄州立大學(xué)獸醫(yī)生物科學(xué)副教授和逆轉(zhuǎn)錄病毒研究中心的研究員。

“一個有趣的問題是，為什么艾滋病毒維持多個m6a ?我們的結(jié)論是，m6A是如此重要，以至于HIV想要有多個m6A來實現(xiàn)冗余。如果它丟失了一個或兩個，沒關(guān)系。如果這三者都輸了，那就有問題了。”

盡管任何與這項工作相關(guān)的藥物開發(fā)都需要數(shù)年時間，Kim說，這一發(fā)現(xiàn)表明，針對特定位點的m6A修飾可能是設(shè)計一種重要的HIV感染新療法的基礎(chǔ)。

這項研究4月11日發(fā)表在《自然微生物學(xué)》雜志上。

HIV-1是人類免疫缺陷病毒中最常見的一種，它攻擊免疫細胞并利用它們復(fù)制自身。根據(jù)美國疾病控制與預(yù)防中心2023年的報告，美國估計有120萬人感染艾滋病毒。

Kim說，這種病毒是一個很好的例子，說明為什么近年來對RNA修飾的研究受到了很多關(guān)注。RNA曾經(jīng)被認為是DNA基因和維持生命的蛋白質(zhì)之間的“中間人”，現(xiàn)在人們知道它不僅包含遺傳信息，還具有重要的功能——部分原因是伴隨其信使任務(wù)的化學(xué)修飾。

Kim說:“特別是因為艾滋病毒是一種RNA病毒，具有非常緊湊的RNA基因組，它必須在其RNA基因組中編碼所有生存信息——它不僅使用核苷酸序列，而且使用RNA的所有化學(xué)和結(jié)構(gòu)特征作為編碼來執(zhí)行其感染宿主細胞。”“我們知道RNA功能的每個方面都非常重要，但我們并不真正知道RNA的這些化學(xué)和結(jié)構(gòu)修飾是如何調(diào)節(jié)病毒感染的。”

雖然已知m6A (n6 -甲基腺苷的縮寫)修飾存在于HIV-1中，但之前的研究得出了相互矛盾的結(jié)果，即它是對病毒有益還是有害，主要是因為它的位置未知，而且了解其作用的努力是基于敲除宿主細胞基因，而不是使病毒基因組本身發(fā)生突變。

Kim和他的同事使用并改進了一種叫做納米孔直接RNA測序的技術(shù)來觀察HIV-1的RNA基因組的全長，因為RNA是一種出了名的不穩(wěn)定和復(fù)雜的分子，所以觀察起來很棘手。

該團隊首先發(fā)現(xiàn)了三個m6A的修改和它們的具體位置。從那里，研究人員分析了具有不同m6A修飾集合的單個RNA分子，包括具有多個m6A的分子和僅具有三個m6A中的一個的分子。他們發(fā)現(xiàn)，任何m6A修飾的集合，無論m6A的數(shù)量或位置如何，都會產(chǎn)生類似的功能變化。然而，這三種物質(zhì)的去除對病毒造成了毀滅性的影響——這是一個確鑿的證據(jù)，表明這些m6a是多余的。

“到目前為止，我們還不知道哪些核苷酸被修改了，它們是如何起作用的，以及它對病毒或細胞有多重要。我們的論文解決了這些重要問題的關(guān)鍵，”Kim說。

“如果它們以同樣的方式運作，為什么艾滋病毒需要這三種修改?”他說。“我們的研究**表明，HIV-1在RNA水平上利用了這種獨特的、重要的機制來實現(xiàn)其進化利益。”

幾乎所有現(xiàn)有的HIV藥物都能阻斷病毒復(fù)制，但沒有藥物能抑制病毒RNA和蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。關(guān)于HIV-1的RNA修飾還有更多需要了解的，但Kim說這項工作暗示了開發(fā)針對這些后期步驟的治療方法的潛力。

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