乙型肝炎病毒(Hepatitis B virus, HBV)感染是世界范围内重要的公共卫生问题, 慢性HBV感染是肝硬化和肝癌等疾病的重要诱因。HBV具有复杂而独特的生活史,已有的治疗手段尚不能治愈乙肝。目前有各种新药在积极研发中,对HBV感染越来越深入的科学认识也在有力推动彻底治愈乙肝的进程。

2021年6月29日,北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院李文辉实验室在《Cell Reports》杂志发表题为“Transcriptionally Inactive Hepatitis B Virus Episome DNA Preferentially Resides in the Vicinity of Chromosome 19 In 3D Host Genome Upon Infection”的研究论文。论文报告了HBV感染肝细胞后,细胞核内病毒DNA分子在宿主3D基因组中的分布特点,发现非活跃转录的病毒DNA分子优先富集在核内19号染色体附近等区域。

HBV通过细胞受体NTCP感染细胞后,其病毒基因组在细胞核内形成共价闭合环状(ccc)DNA储存池。cccDNA不与宿主DNA整合,是HBV病毒复制的关键中间体和转录的唯一模板。由于细胞内cccDNA分子数量极为有限,且很小仅有3.2kb,研究困难,所知不多。李文辉实验室利用基于NTCP的HBV感染培养系统,在Southern blot等传统技术的基础之上,综合多学科手段开发新的研究方法,解析cccDNA的基本生物学特征。如同各种生物的地理分布构成并受生态系统的影响,在微观层面,生物大分子在细胞中的定位也是其发挥作用的前提和基础。本文研究了HBV基因组DNA在细胞核中的空间定位这一基本的病毒生物学问题。

研究人员通过基于HBV序列的4C测序分析(chromosome conformation capture-based sequencing)和高灵敏度HBV特异性FISH(fluorescence in situ hybridization)技术,发现入侵的 HBV DNA 在宿主细胞核内具有一定的分布规律。特别是非活跃转录的HBV DNA 优先分布在靠近宿主19号染色体(chr.19)附近的核区。而且,这些核内HBV DNA分子在chr.19附近并非均匀分布,而是主要聚集在该染色体上的 12 Mb,37 Mb,44 Mb,52 Mb,58 Mb 等5个区域周围。人chr.19较小,但基因密度是最高的一条染色体。通过Hi-C测序,FISH分析,及整合多组学数据,发现这5个区域在空间上靠近,且具有异染色质特性。伴随着HBV DNA转录的活化,其在19号染色体上5个区域的富集显著降低,而在宿主染色体转录活跃区域的富集明显增加。进一步的研究发现,HBV这种受限的定位模式主要是通过SMC(structural maintenance of chromosomes (SMC)) 5/6 复合体及其病毒拮抗因子HBV x 蛋白 (HBx) 的相互作用来调节的。

该研究报告了HBV生活史中,以前并不为人所知的一个重要特征,深化了对 HBV 感染的认识,同时也为开发新的治疗方案提供了新的视角。此外,该研究开发的相关方法也为以cccDNA 作为模型,研究病毒和宿主之间的关系提供了有力的技术手段。

李文辉实验室博士生汤定斌和吴雨濛,赵汗青博士对本工作有重要贡献,其他作者包括彭博博士,郜振超博士,孙银燕博士,段金志博士,祁永和博士,李云飞,周忠敏,郭桂兰,张昱博士,李程博士,和隋建华博士等。该研究由科技部,北京市科委,清华大学等资助,在北京生命科学研究所完成。

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109288

来源:NIBS