郭斐团队揭示宿主限制因子MxB抑制LINE-1逆转座分子机制

来源：hao123百家号时间：2022-03-03 09:28:23

近日，中国医学科学院病原生物学研究所郭斐课题组在PLOS Genetics发表题为 “MxB inhibits long interspersed element type 1 retrotransposition”的研究论文，发现宿主限制因子MxB抑制LINE-1 逆转座过程，并进一步揭示了明确的抑制作用机制。研究发现，MxB通过结合LINE-1 RNP（ribonucleoprotein）于应激颗粒，限制LINE-1 RNP进入细胞核，从而抑制LINE-1逆转座发生，MxB抑制LINE-1的逆转座需要其N端的核定位信号，GTPase活性和寡聚化的能力。

转座子（transposons）是一类可移动的核酸重复序列元件，在人类基因组中约占比40% [1]。根据其结构和转座方式的不同，转座子分为DNA转座子（DNA transposons）和RNA转座子（retrotransposon）两大类，其中RNA转座子又称为逆转录转座子，依据其末端是否含重复序列又分为LTR（Long terminal repeats）和非LTR（non-Long terminal repeats）逆转录转座子。非LTR逆转录转座子LINE-1 (Long interspersed element type 1) 是人类基因组中唯一具有自主转座能力的转座子，LINE-1在人基因组中有近500,000个拷贝，约占基因组总量的17%，此外它还可以协助不具有自主转座能力的非LTR转座子SINEs（Short interspersed elements）进行转座，这些转座的发生影响基因组中其他基因的表达或调控，为基因组损伤和遗传突变提供了更多可能性[2]。研究表明，转座因子的激活和一些生理病理过程密切相关，如机体衰老，癌症或神经退行性疾病的发生等[3]。

LINE-1的活跃转座在生物进化和物种形成等方面曾发挥过巨大的作用，然而异常转座的发生也会影响临近基因以及整个基因组DNA的结构和功能，宿主进化出了一系列严密的监控机制，来防止LINE-1的异常活跃。包括启动子区域DNA的甲基化，与LINE-1基因结合的组蛋白甲基化调节，KRAB锌指蛋白介导的转录抑制，siRNA以及piRNA介导的RNA干扰效应，激活细胞自噬等[4]。另外，一系列的抗病毒宿主限制因子对于LINE-1的逆转座也有重要的调控作用，例如APOBEC3，SAMHD1[5]，MOV10[6]，ZAP，RNASEL，TREX1等宿主限制因子利用不同的机制抑制LINE-1逆转座活性[7]。

宿主限制因子Mx（myxovirus resistance protein）家族是受干扰素诱导调节的ISGs，包括MxA和MxB两类成员。MxA抑制病毒研究起始较早，包括influenza A virus，vesicular stomatitis virus，LaCrosse virus和hepatitis B virus等[8]，近些年研究相继发现了MxB可以抑制HIV-1[9-11]、HSV-1[12, 13]，HCV[14]等病毒复制，并将其抗病毒机制进行了更深入的研究。

MxB不仅可被干扰素诱导表达，在多种细胞中也存在一定量的基础表达。作者首先通过构建稳定过表达或敲除内源MxB的HeLa细胞系，检测CMV-L1-neoRT报告系统和内源LINE-1的mRNA以及蛋白质水平，确认了MxB对于LINE-1的调控作用。并且，MxB能够明显下调LINE-1逆转座所引起的基因组损伤（以γH2AX为标志）。通过免疫荧光共聚焦显微镜，作者发现，当稳定过表达MxB时，细胞核内的LINE-1 RNP基本不可见；通常情况下，MxB定位于细胞核膜区域, 但当过表达CMV-L1-neoRT报告系统或ORF1p时，会在细胞质中出现MxB和LINE-1 RNP的复合聚集物。此聚集物与应激颗粒的标志物G3BP1和TIA1出现共定位。进一步利用siRNA敲低G3BP1或TIA1后，MxB抑制LINE-1的能力受到明显影响。这也是首次通过LINE-1的活性调控，将MxB的生理功能与应急颗粒进行了关联。

研究发现，只有能在细胞核膜定位的MxB-like家族成员能够抑制LINE-1，进一步印证了核定位信号对于MxB抑制LINE-1的重要性。由于鼠源性的Mx1和Mx2都是属于MxA-like家族成员，作者构建了稳定表达人MxB的BALB/3T3 clone A31细胞系，发现依然可以抑制人源或鼠源的LINE-1和SINE等转座元件的活性。

图：MxB抑制L1逆转座。

综上所述，本研究发现宿主限制因子MxB通过结合LINE-1 RNP于应激颗粒，限制LINE-1 RNP进入细胞核，从而抑制LINE-1逆转座发生，MxB抑制LINE-1的逆转座依赖其N端的核定位信号，GTPase活性和寡聚化的能力。MxB-like家族成员可以抑制人和鼠源逆转座子，进一步提示生命进化过程中，MxB可能存在着监控内源逆转座元件的广泛活性，一旦发现了异常激活的逆转座事件，MxB可与逆转座产生的RNP结合，并将其锁定于细胞质的应激颗粒内，从而保护宿主基因组的稳定性。

中国医学科学院病原生物学研究所博士后黄羽，副研究员许丰雯为论文共同第一作者。中国医学科学院病原生物学研究所郭斐研究员和加拿大麦吉尔大学梁臣教授为共同通讯作者。