人巨细胞病毒RNA1.2基因区天然反义转录本结构的研究及其功能初探

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目的:人巨细胞病毒(Human Cytomegalovirus,HCMV)潜伏感染在人群中占50%以上,在健康的成年人中通常表现为潜伏感染,但在免疫功能缺陷的患者和新生儿中会引起致命的感染。HCMV感染胎儿导致先天性巨细胞病毒(Congenital cytomegalovirus,cCMV)感染,是危害婴儿围生期健康的重要因素。cCMV感染的致病机制一直以来都是病毒学领域的研究热点之一。HCMV是基因组最大的人感染病毒之一,预测能编码165个开放阅读框架(open reading frame,ORF),长而复杂的基因组决定了其复杂的编码能力,存在正义转录、反义转录、可变剪切、非编码转录等多种方式。HCMV的非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)从基因组转录而来,在RNA水平行使各种生物学功能。目前,HCMV的ncRNA转录本特征和功能尚未研究清楚,明确转录本结构、转录时相与转录方式,对于揭示HCMV ncRNA功能及致病机制具有十分重要的意义。长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是一类不具有编码蛋白质能力,长度大于200个核苷酸的RNA,其中包括天然反义转录(natural anti-sense transcripts,NATs)。HCMV基因组转录4种lncRNAs,分别为RNA1.2,RNA2.7,RNA4.9和RNA5.0,其功能与调控机制尚不完全清楚。目前尚无关于RNA1.2基因区域反义转录现象的报道。本文旨在研究HCMV基因组的反义转录情况,重点研究RNA1.2基因反义链是否存在NATs。通过RNA高通量测(RNA-sequencing,RNA-seq)发现并验证新转录本RNA1.2 ASTs的存在,并分析其特征。论证RNA1.2 ASTs属于lncRNA,探究RNA1.2 ASTs参与RNA转运的可能机制。方法:1、收集HCMV低传代临床分离株HAN株感染人胚肺成纤维细胞(Human embryonic lung fibroblasts,HELF)不同感染时相RNA进行RNA-seq,分析HCMV基因组反义转录情况以及人基因表达情况是否存在差异。2、RNA-seq预测RNA1.2基因区域是否存在新转录本。3、设计RNA1.2基因反义链特异性探针,经Northern blotting鉴定RNA1.2 ASTs在病毒感染不同时期的转录时序和转录本种类。4、对Northern blot检测到的转录本,设计序列特异性引物,通过RACE(Rapid amplification of cDNA ends)检测RNA1.2 ASTs的3’-,5-’端位置。5、通过反义寡核苷酸(Antisense oligonucleotide,ASO)干扰下调RNA1.2 ASTs,Northern blot验证其对RNA1.2丰度的影响。6、设计生物素标记的RNA1.2 ASTs探针,进行RNA pull-down,获得RNA1.2ASTs结合的蛋白混合物。7、对RNA1.2 ASTs结合蛋白进行蛋白质谱分析。8、生物信息学软件对RNA1.2 ASTs结合蛋白功能进行富集分析,预测RNA1.2 ASTs的功能。9、Western blot验证RNA1.2 ASTs特异性结合的蛋白。结果:1、RNA-seq显示反义转录现象在HCMV基因组中普遍存在。不同感染时相,人基因转录组存在明显差异。2、RNA-seq检测到与RNA1.2基因的反义链匹配的reads,说明RNA1.2可能存在NATs。3、在HCMV感染晚期,Northern blot鉴定到RNA1.2基因反义链存在3个转录本,将其命名为RNA1.2 AST1,RNA1.2AST2和RNA1.2 AST3,长度分别为1100nt,1000nt,600nt。4、3’-RACE测序表明,RNA1.2 ASTs的3’末端为nt7855和nt8093,位于经典polyA信号(nt7848)下游。5’-RACE测序表明,RNA1.2 ASTs的5’端为nt7479,nt7331和nt7203,其上游有典型TATA盒(nt7074)。三个新发现的转录本是以polyA结尾的RNA,软件预测其不存在典型的ORF,因此属于lncRNA。5、ASO干扰RNA1.2 ASTs是其丰度下降,但并未因此影响RNA1.2的转录水平。6、通过RNA pull-down获得RNA1.2 ASTs特异性结合的蛋白质混合物。7、蛋白质谱分析检测出RNA1.2 ASTs可与701种蛋白相结合。8、GO(Gene ontology)和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)富集分析表明RNA1.2 ASTs结合的蛋白参与RNA转运,基因沉默,调节病毒翻译等生物学过程和信号转导通路。9、Western blot验证RNA1.2 ASTs结合真核翻译启动因子2beta亚基(Eukaryotic translation initiation factor 2 subunit beta,eIF2-β)影响RNA转运途径。结论:RNA深度测序在人巨细胞病毒RNA1.2基因区新发现的天然反义转录本RNA1.2 ASTs属于lncRNA。RNA1.2ASTs不直接影响RNA1.2的转录水平,而是通过结合eIF2-β蛋白参与影响RNA转运途径。
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