宿主與病毒的共同進(jìn)化和博弈是病毒學(xué)家和進(jìn)化學(xué)家長(zhǎng)期感興趣的研究課題。宿主中存在的病毒限制因子可直接作用于HIV病毒,破壞病毒正常的生活周期以達(dá)到限制病毒復(fù)制的作用。目前發(fā)現(xiàn)的HIV病毒限制因子有APOBEC3G、TRIM5α/TRIMCyp、ZAP、Tetherin、SAMHAD1、Mx2等。其中,TRIMCyp是比較特殊的一種HIV病毒限制因子,它由CypA基因通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄作用插入TRIM5基因座形成了TRIMCyp融合基因后經(jīng)選擇性剪接得到。
前期,中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所動(dòng)物模型與人類疾病機(jī)理院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭永唐研究員課題組在北平頂猴中發(fā)現(xiàn)了新的TRIMCyp融合模式,并證明該融合基因蛋白產(chǎn)物不能限制HIV-1的感染和復(fù)制,從而闡明了平頂猴對(duì)HIV-1易感的重要分子機(jī)制(Liao et al, AIDS, 2007; Kuang et al, Retrovirology, 2009)。這種新的融合模式也是目前發(fā)現(xiàn)的3種TRIMCyp獨(dú)特融合模式之一。
在此基礎(chǔ)上,鄭永唐研究員實(shí)驗(yàn)室與昆明動(dòng)物所施鵬研究員實(shí)驗(yàn)室合作,通過(guò)對(duì)36個(gè)哺乳動(dòng)物基因組的掃描,在樹(shù)鼩基因組中發(fā)現(xiàn)了第4種新模式的TRIMCyp融合基因。博士研究生母丹和楊暉博士等人集合了進(jìn)化分析手段和功能驗(yàn)證的方法,對(duì)這種新模式的起源歷程、進(jìn)化機(jī)制、新功能產(chǎn)生機(jī)制等方面進(jìn)行了細(xì)致研究,證實(shí)了樹(shù)鼩4個(gè)TRIM5基因拷貝和1個(gè)TRIMCyp融合基因的存在和正常表達(dá),并且發(fā)現(xiàn)樹(shù)鼩TRIMCyp融合基因是獨(dú)立于其它3種靈長(zhǎng)類TRIMCyp進(jìn)化而來(lái)的,且該基因的形成集合了基因重復(fù)、逆轉(zhuǎn)座和外顯子重組3種重要的新基因產(chǎn)生模式,是一種罕見(jiàn)的新基因形成方式。
CypA經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄作用插入樹(shù)鼩TRIM5的第8外顯子上游,選擇性剪接時(shí)第2-7外顯子融合了CypA逆轉(zhuǎn)座子,從而轉(zhuǎn)錄翻譯為樹(shù)鼩TRIMCyp融合蛋白,是迄今為止發(fā)現(xiàn)哺乳類中的第4種TRIMCyp模式。樹(shù)鼩TRIMCyp受到強(qiáng)烈正向選擇且高表達(dá)于免疫相關(guān)組織器官,并且顯著高于其姐妹基因TRIM5-4。然而,樹(shù)鼩TRIMCyp不能限制HIV-1、SIV和N-MLV等病毒的復(fù)制。深入研究發(fā)現(xiàn)其不能限制HIV-1的原因不在于CypA提前終止,而在于其N端的RBCC結(jié)構(gòu)域序列存在突變。人工構(gòu)建的樹(shù)鼩TRIMCyp原始基因則具有限制HIV-1的能力,提示該基因的形成也許不是偶然,而是在病毒壓力下形成的。有趣的是,樹(shù)鼩TRIMCyp而非TRIM5-4能負(fù)調(diào)控仙臺(tái)病毒(SeV)介導(dǎo)的抗病毒天然免疫應(yīng)答,下調(diào)NF-κB和IFN-β的表達(dá),提示樹(shù)鼩TRIMCyp喪失了HIV病毒限制功能而產(chǎn)生了新的免疫調(diào)控功能。該研究不僅拓展了病毒限制因子TRIM5/TRIMCyp的功能和機(jī)制的研究,也為深入研究宿主和古病毒共同進(jìn)化提供了素材。
該研究成果發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Molecular Biology and Evolution (《分子生物學(xué)與進(jìn)化》)上。研究得到國(guó)家科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院的經(jīng)費(fèi)支持。

