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科研進展

李文辉實驗室发现HBV基因組在细胞核内空间定位的基础特征

發布時間:2021/07/01

乙型肝炎病毒(Hepatitis B virus, HBV)感染是世界范围内重要的公共卫生问题, 慢性HBV感染是肝硬化和肝癌等疾病的重要誘因。HBV具有複雜而獨特的生活史,已有的治療手段尚不能治愈乙肝。目前有各種新藥在積極研發中,對HBV感染越來越深入的科學認識也在有力推動徹底治愈乙肝的進程。

2021年629日,香港快三/清华大学生物医学交叉研究院李文辉實驗室在《Cell Reports》雜志發表題爲“Transcriptionally Inactive Hepatitis B Virus Episome DNA Preferentially Resides in the Vicinity of Chromosome 19 In 3D Host Genome Upon Infection”的研究論文。論文報告了HBV感染肝細胞後,細胞核內病毒DNA分子在宿主3D基因組中的分布特點,發現非活躍轉錄的病毒DNA分子優先富集在核內19號染色體附近等區域。

HBV通過細胞受體NTCP感染細胞後,其病毒基因組在細胞核內形成共價閉合環狀(cccDNA儲存池。cccDNA不與宿主DNA整合,是HBV病毒複制的關鍵中間體和轉錄的唯一模板。由于細胞內cccDNA分子數量極爲有限,且很小僅有3.2kb,研究困难,所知不多。李文辉實驗室利用基于NTCPHBV感染培養系統,在Southern blot等傳統技術的基礎之上,綜合多學科手段開發新的研究方法,解析cccDNA的基本生物學特征。如同各種生物的地理分布構成並受生態系統的影響,在微觀層面,生物大分子在細胞中的定位也是其發揮作用的前提和基礎。本文研究了HBV基因組DNA在細胞核中的空間定位這一基本的病毒生物學問題。



研究人員通過基于HBV序列的4C測序分析(chromosome conformation capture-based sequencing)和高靈敏度HBV特異性FISH(fluorescence in situ hybridization)技術,發現入侵的 HBV DNA 在宿主細胞核內具有一定的分布規律。特別是非活躍轉錄的HBV DNA 優先分布在靠近宿主19號染色體(chr.19)附近的核區。而且,這些核內HBV DNA分子在chr.19附近並非均勻分布,而是主要聚集在該染色體上的 12 Mb37 Mb44 Mb52 Mb58 Mb 5個區域周圍。人chr.19較小,但基因密度是最高的一條染色體。通過Hi-C測序、FISH分析、及整合多組學數據,發現這5個區域在空間上靠近,且具有異染色質特性。伴隨著HBV DNA轉錄的活化,其在19號染色體上5個區域的富集顯著降低,而在宿主染色體轉錄活躍區域的富集明顯增加。進一步的研究發現,HBV這種受限的定位模式主要是通過SMC(structural maintenance of chromosomes (SMC)) 5/6 複合體及其病毒拮抗因子HBV x 蛋白 (HBx) 的相互作用來調節的。

該研究報告了HBV生活史中,以前並不爲人所知的一個重要特征,深化了對 HBV 感染的認識,同時也爲開發新的治療方案提供了新的視角。此外,該研究開發的相關方法也爲以cccDNA 作爲模型,研究病毒和宿主之間的關系提供了有力的技術手段。

李文辉實驗室博士生汤定斌和吴雨濛,赵汗青博士对本工作有重要贡献,其他作者包括彭博博士、郜振超博士、孙银燕博士、段金志博士、祁永和博士、李云飞、周忠敏、郭桂兰、张昱博士、李程博士、和隋建华博士等。该研究由科技部、北京市科委、清华大学等资助,在香港快三完成。


論文鏈接:

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109288

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