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新型冠状病毒是如何逃过我们的免疫系统的(2)

本文来自Chem-Station日文版 コロナウイルスが免疫システムから逃れる方法(2) kanako

翻译投稿 Sum 校对 炸鸡 & HaoHu

在上一篇文章中,我们介绍了冠状病毒的基础知识和冠状病毒所具备的RNA降解酶(EndoU)。我们已经知道RNA分解酵素(EndoU)具有切割RNA核苷酸序列(A·U·G·C)中的U(尿嘧啶)的功能。然而,EndoU的具体作用仍然是一个谜,例如为什么病毒有RNA分解酶,分解目标是宿主RNA还是病毒RNA。这次,我们将介绍这个EndoU关于“冠状病毒可以突破宿主免疫系统的关键”。(论文在这里)

前期回顾:什么是冠状病毒、病毒感染的流程、新冠病毒的基因组结构

1.RNA分解酶(EndoU)的功能

检查RNA降解酶(EndoU)功能的一个简单方法是使用失去分辨RNA能力的惰性EndoU去检查受感染细胞看看是否有变化。失活EndoU是在EndoU的分解RNA作用点上进行突变,从而使其失去了分解RNA的能力。Baker教授对相关的免疫反应做了研究,分别去感染小鼠细胞与野生型且灭活EndoU冠状病毒(图1)。这样一来,发现具有非活性型EndoU的冠状病毒与具有野生型EndoU的冠状病毒相比,更容易引起免疫反应。由此可见,正是EndoU的作用帮助了病毒瞒过免疫系统。

 图1.含野生型或不活性型EndoU的日冕病毒(小鼠肝炎病毒)感染和小鼠免疫反应定量检测机理。(a)小鼠免疫应答。I定量型干扰素的表达量测量。(图表来自论文)(图表来自论文)

2.RNA分解酶(EndoU)作用的目标是什么?:双链RNA构造(dsRNA)

那么,EndoU逃脱免疫系统的机制是什么呢?我们知道EndoU的功能是“在U(尿嘧啶)部分切断RNA分子”,但我们不太清楚它与免疫反应有什么直接关系。因此,自然研究团队把目光放在了导致免疫系统中对病毒做出反应的重要部分,病毒的双链RNA上(图2)。

双链RNA结构(DsRNA),顾名思义,就是RNA分子链双链结合的结构。在高中生物课上,学习的“DNA是双链,RNA是单链”的说法其实只是比较常见的情况,事实上有的RNA也会拥有双链结构。特别是病毒,如冠状病毒由于没有逆转录酶(从RNA合成DNA的酶),要复制自身的RNA就必须通过双链RNA作为中间体来实现。此外,单链RNA由于分子内碱基对的形成,也会生成一些部分双链结构的片段。人类的免疫系统就具有这样的(dsRNA受体)分子,可以识别这种病毒的双链RNA结构,因此可以激活免疫反应响应病毒的入侵。

由此她们推测,EndoU通过把病毒自身容易被免疫系统察觉到的双链RNA分解破坏掉,因此让病毒更好的躲避了免疫系统的识别。

3.具有双链RNA结构的病毒RNA的鉴定

因此,使用与双链RNA结构结合的抗体,从RNA样品中分离出具有双链结构(DsRNA)的物质,并对得到的RNA进行了分析(图3)。图3b是通过RNA测序(RNA-seq)技术将获得的RNA序列信息映射到病毒基因组序列的结果。通过这种方法,您可以看到病毒基因的哪个序列(横轴)得到了多少(纵轴)。此外,RNA序列还可以分别进行研究,因为有编码蛋白质的一侧序列(正链)和与其互补的序列(负链)。

图3.(A)检查病毒感染后dsRNA含量的实验步骤。分别使用具有野生型、非活性型EndoU的病毒比较结果。(B)得到的dsRNA的RNA测序的结果。(引自论文)

通过这个RNA测序的结果,发现了两件有趣的事情。第一,在正链和负链中,负链对dsRNA的检出量占绝大多数。尽管正链和负链是互补的,但是负链能检测到更多的dsRNA结构,这很难以置信。第二,在负链的数据中,EndoU的灭活型比野生型的dsRNA检出量多。这表明EndoU的RNA分解能力对dsRNA结构产生了某种影响。

综合这两点,能说明什么呢?首先,考虑一下正链和负链的区别。冠状病毒是一种“单链正链RNA病毒”,众所周知,基因组RNA末端有许多排列着腺嘌呤碱基(A)的多聚A序列(图4)。(多聚A序列是包括人类在内的真核生物mRNA共同拥有的序列,但许多病毒RNA也有多聚A序列。)当这种病毒复制RNA时,产生具有与多聚A序列互补的多聚U序列的负链RNA。EndoU的功能是在U(尿嘧啶)的位置切断RNA,所以我们认为EndoU的功能是切断负链RNA所具有的多聚U序列。

图4.正链/负链RNA的末端序列。

4.EndoU切断多U数组

基于这样的预测,调查提取的了RNA样品中具有多聚U序列的RNA的指标(图5a)。于是发现,使用带有野生型EndoU的病毒时,与非活性型相比,具有多聚U序列的RNA的量要少得多。这符合“EndoU能够分解多聚U数组”的想法。

另外,如果EndoU以多聚U排列为目标的话,那么对于有或没有多聚U序列的RNA来说,免疫应答应该不同。因此,分别用试管RNARNA合成并调查了两种(含与不含多聚U序列)的RNA产生的免疫反应,如图5·b,c所示,和预期一样,不具有多聚U序列的RNA造成的免疫反应较弱。

 图5.(A)通过qPCR测定具有多聚U序列的RNA的量。RNA从感染病毒的细胞中提取,分别具有野生型和灭活EndU。(根据论文)(b,c)试管合成的RNA分子的免疫原性测定。将各自的RNA分子给予小鼠细胞,测定I型干扰素(IFNβ1)的表达量。多聚I:C是积极的控制变量。

5.冠状病毒使用EndoU逃避免疫系统的机制

那么,根据以上的结果,作者提出了如图6所示的模型。

如果没有EndoU的作用,病毒的RNA会在多U序列的部分形成双链结构,并被免疫系统检测到。因此,病毒使用能够分解聚U序列的RNA分解酶(EndoU)切断自己的RNA。因此,病毒就可以从免疫系统中逃脱,因为这样不能构成RNA双链结构。

图6 新冠病毒通过endo逃出免疫系统的组成概况

6.总结

这次提到的EndoU,存在于包括感染人类的冠状病毒在内的所有的冠状病毒。因此,这次的发现可能会在传染病治疗药物和疫苗的开发起到非常大的帮助。当然,目前诸如多聚U数组采用怎样的层级结构,EndoU的功能是如何被控制的等很多的谜团尚未解开,也让我们对其更新的研究进展非常关注。

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