于晓方课题组Cell子刊揭示反转座子调控新机制

　　

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生物通报道  来自天津大学、吉林大学白求恩第一医院及约翰霍普金斯大学的研究人员在新研究中证实，与自身免疫病Aicardi-Goutières综合征相关的一种蛋白质SAMHD1调节了反转座子LINE-1及其LINE-1介导的Alu/SVA反转录转座。相关研究论文发表在9月12日的《Cell Reports》杂志上。

文章的通讯作者是受聘于天津大学生命科学学院和吉林大学白求恩第一医院的于晓方（Xiao-Fang Yu）教授。其长期从事人艾滋病病毒和猿猴艾滋病病毒致病分子机制，宿主对艾滋病病毒免疫应答，抗艾滋病新的药物靶点的开发以及艾滋病病毒疫苗的研究。1993年即成为中国大陆在美国约翰霍普金斯大学的第一位通过全世界招聘获得助理教授职位的华人科学家，2004年始即为美国约翰霍普金斯大学公共卫生学院终身教授。2010年国家“****”引进回国。至今在SCI杂志上发表论文100多篇，其中发表在Nature、Science、Cell等国际顶级杂志的文章超过20篇。

转座子（transposable elements,TEs）是指能在基因组内或基因组间移动的DNA片段，也被称作“跳跃基因”。TEs通过切割、重新整合等一系列过程可从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置，引起基因重组和变异，并在物种进化及改良中起着重要作用。现在已知，转座子存在于地球上所有生物体内，人类基因组中约有45%的序列为转座子序列，其蛋白编码区约占整个人类基因组的1.5%。研究转座子可以从分子水平上解释许多尚未弄清的生物学问题。

按照转移机制可将转座子分为两类：DNA转座子和反转座子（retrotransposon)。DNA转座子占据人类基因组的3%，尚未发现有活性。近年来发现反转座子对于哺乳动物基因组的稳定性和功能具有重要的影响。

LINE-1是目前所知人类唯一一个自主的反转座子，其自身能产生反转录所需的酶，通常在人类基因组中发生移动。LINE-1的拷贝数大于50万，约占人类基因组的17%，研究显示其自1.6亿年前直到现在一直具有活性。其他一些非自主反转座子，例如Alu和SVA的拷贝数分别大约为100万和3000个，两者均是通过LINE-1蛋白介导的一种机制来完成它们的反转录转座。近期的研究数据表明，诸如LINE-1、Alu和SVA等的反转录因子活性可导致各种疾病。

SAMHD1突变可引起Aicardi-Goutières综合征，这一疾病以细胞内DNA累积导致一种不适当的免疫激活为特征。近来的研究揭示，SAMHD1也是对抗例如HIV和SIV等反转录病毒的一种强有力的细胞限制因子，其具有的dNTPase活性与逆转录病毒限制功能有关。SAMHD1可通过耗尽dNTP水平抑制不分裂骨髓细胞和静息CD4+细胞中的反转录病毒。但一直以来未有研究报道SAMHD1抑制诸如LINE-1能内源性反转录因子的能力。

在这篇文章中，研究人员证实SAMHD1也是LINE-1和LINE-1介导的Alu/SVA反转录转座的一个有力调控因子。他们还发现Aicardi-Goutières综合征患者的SAMHD1s突变体具有LINE-1抑制作用缺陷。研究人员证实，SAMHD1的几个结构域对于LINE-1调控至关重要。SAMHD1可在分裂细胞中抑制LINE-1反转录转座。SAMHD1突变体一个酶活性位点维持了其重要的抗LINE-1活性。此外，他们还证实SAMHD1通过降低ORF2p水平，抑制了ORF2p介导的LINE-1反转录。

这些结果表明，SAMHD1有可能是哺乳动物中一个保守的LINE-1活性细胞调控因子。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Modulation of LINE-1 and Alu/SVA Retrotransposition by Aicardi-Goutières Syndrome-Related SAMHD1

Long interspersed elements 1 (LINE-1) occupy at least 17% of the human genome and are its only active autonomous retrotransposons. However, the host factors that regulate LINE-1 retrotransposition are not fully understood. Here, we demonstrate that the Aicardi-Goutières syndrome gene product SAMHD1, recently revealed to be an inhibitor of HIV/simian immunodeficiency virus (SIV) infectivity and neutralized by the viral Vpx protein, is also a potent regulator of LINE-1 and LINE-1-mediated Alu/SVA retrotransposition. We also found that mutant SAMHD1s of Aicardi-Goutières syndrome patients are defective in LINE-1 inhibition. Several domains of SAMHD1 are critical for LINE-1 regulation. SAMHD1 inhibits LINE-1 retrotransposition in dividing cells. An enzymatic active site mutant SAMHD1 maintained substantial anti-LINE-1 activity. SAMHD1 inhibits ORF2p-mediated LINE-1 reverse transcription in isolated LINE-1 ribonucleoproteins by reducing ORF2p level. Thus, SAMHD1 may be a cellular regulator of LINE-1 activity that is conserved in mammals.