科研进展

我校博士生余天雄与客座教授翁志萍联合马萨诸塞州大学医学院William Theurkauf教授及昆士兰大学Keith Chappell研究员合作发表《Cell》文章

发布时间:2019-10-14  

      20191010日,我校客座教授翁志萍联合美国马萨诸塞州大学医学院William E. Theurkauf教授及澳洲昆士兰大学的Keith Chappell研究员在Cell杂志上联合发表了题为The piRNA Respond to Retroviral Invasion of the Koala Genome”的文章,揭示了考拉基因组中piRNA对于逆转录病毒侵入机体的应答机制。

      PiRNA是一种长度在24-32碱基,与PIWI蛋白互作的小RNA。反向piRNA可以在动物的生殖细胞发育过程中通过反向互补靶向基因组中的转座子,帮助沉默转座子表达以达到维持基因组的稳定性的功能。转座子,又称跳跃子,其转座可能会影响基因组的稳定性,导致多种疾病的发生。绝大部分转座子是由于几十万年前甚至数百万年前病毒入侵形成,我们仍然不清楚生殖细胞是如何应对新的病毒入侵的。考拉逆转录病毒(KoRV)是一种在近20040,000年侵入考拉的γ逆转录病毒,可以同时通过个体间进行水平转移和通过亲本与子代间进行垂直转移。这种病毒正在横扫整个澳大利亚的考拉,KoRV侵入的实时性可以帮助我们研究基因组对于逆转录病毒入侵的应答。



    该文章通过高通量测序对有KoRV侵入型考拉的基因组和转录组进行了全面研究。利用多种组学序列数据,研究者注释了包括KoRV在内的402个考拉基因组中的转座子,并发现KoRV和另外三个逆转录病毒都在考拉中活跃地表达。通过比较KoRV在不同考拉个体中的插入位点,该论文确认了KoRV如何平行且高效地入侵不同的考拉个体。

    逆转录病毒包括KoRV会表达两种转录本,一种是剪切的转录本,可以编码病毒外壳;另一种是未剪切的转录本,编码聚合酶等病毒核心元件。神奇的是,该论文发现,KoRVpiRNA几乎都来自KoRV未剪切的转录本,它们中的大部分都来自KoRV的正义链,这与之前的反向piRNA沉默转座子认知大相庭径!该研究为了确认这个现象的普遍性,对从昆虫到人等其他7个物种做了同样的分析,并且发现这种未剪切转录本piRNA的偏向性普遍存在于昆虫到后生哺乳动物中。

        该文章研究员认为,绕过剪切是一个在进化上保守的分子特征,这个分子特征可以帮助生殖细胞将未剪切的病毒转录本呈递到piRNA生产通路中,然后切割这个转录本形成正向的piRNA,以达到降低病毒转录水平和保护基因组稳定的重要作用。这种通过绕过剪切这个普遍的分子特征来沉默转座子的机制相当于机体的初级免疫应答。piRNA初级免疫应答会一直持续,直到病毒反义piRNA的生产,在生殖细胞中建立序列特异性的次级免疫应答。该研究巧妙地利用了正在入侵考拉基因组的逆转录病毒,发现并证实了生殖系统对于病毒入侵的应答机制,为基因组免疫应答及功能调控等研究打开了新思路,具有深远影响及意义。

    同济大学2014级直博生余天雄与马萨诸塞州大学医学院的Birgit S. Koppetsch研究助理为本文的共同第一作者。同济大学的翁志萍教授、马萨诸塞州大学医学院的William E. Theurkauf教授与昆士兰大学的Keith Chappell研究员为本文的共同通讯作者。

      Yu, Tianxiong, Birgit Koppetsch, Keith Chappell, Sara Pagliarani, Stephen Johnston, Noah J. Silverstein, Jeremy Luban, Zhiping Weng, and William E. Thauerkauf. "The piRNA Response to Retroviral Invasion of the Koala Genome." CELL-D-19-01389 (2019).

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)31008-6?utm_medium=homepage


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