NAR∣陈向东/杜世燊发现多形性包膜病毒介导的DNA损伤信号通路参与控制溶原诱导开关

　　

许多原核生物病毒都是温和的，其再激活受到严密的调控。然而，除了少数几个细菌模型系统外，人们对溶原退出的调控机制知之甚少，尤其是在古菌中。

2023年3月2日，武汉大学病毒学国家重点实验室陈向东研究组在Nucleic Acids Research 上在线发表题为“A virus-borne DNA damage signaling pathway controls the lysogeny-induction switch in a group of temperate pleolipoviruses”的研究论文，该研究报道了嗜盐古菌病毒SNJ2 ( Pleolipoviridae )的一个三基因模块，该模块调控溶原和复制周期之间的转换。SNJ2 orf4编码一个有翅膀的螺旋-转角-螺旋DNA结合蛋白，通过抑制病毒整合酶基因Int ^SNJ2的表达来维持溶原性。

为了转换到诱导状态，需要另外两个SNJ2编码的蛋白Orf7和Orf8参与。其中Orf8是细胞AAA + ATPase Orc1/Cdc6蛋白的同源物，在丝裂霉素C诱导的DNA损伤中被激活，可能通过翻译后修饰发挥作用。激活后的Orf8启动Orf7的表达，Orf7反过来拮抗Orf4的功能，导致int ^SNJ2的转录，从而使SNJ2转变为诱导状态。比较基因组学分析发现，以SNJ2 - like Orc1/Cdc6蛋白为中心的三基因模块普遍存在于嗜盐古菌基因组中，并始终存在于整合原病毒的背景中。总之，该研究结果揭示了温和古菌病毒编码的第一个DNA损伤信号通路，并揭示了广泛分布的病毒编码的Orc1/Cdc6蛋白同源物的意外作用。

温和病毒（Temperate viruses）可以经历溶原性或裂解性的生命周期。在溶原性生命周期中，病毒基因组通过整合到宿主染色体上与宿主被动复制或以染色体外游离基因的形式存在，维持在休眠状态，称为前病毒。当病毒进入复制生命周期时，病毒繁殖活跃，子代病毒粒子组装并从宿主细胞释放，在大多数情况下导致细胞裂解。前病毒区域广泛存在于细菌和古菌基因组中，在微生物生态和基因组进化中发挥重要作用。因此，了解温和病毒裂解-溶原决定背后的调控机制具有重要意义。

温和病毒侵染细菌的生命周期决定调控机制已经被广泛研究。许多前噬菌体(细菌原病毒)被宿主SOS反应激活，遵循DNA损伤信号通路。研究最为深入的是大肠杆菌噬菌体lambda。lambda的激活受到许多病毒和宿主蛋白的调控。其中，与单链DNA ( ss DNA )结合的宿主Rec A蛋白和负责维持溶原性的前噬菌体主要抑制因子CI蛋白最为重要。当DNA损伤后，Rec A检测并结合积累的ss DNA区域并被激活( Rec A * )。Rec A *以类似SOS反应主调控因子Lex A的自溶的方式刺激前噬菌体CI蛋白的自我剪切。CI阻遏子的失活导致前病毒切除、基因组复制、病毒粒子组装和宿主细胞裂解。

尽管在不同的古菌谱系中检测到许多温和病毒，但与细菌相比，它们的生命周期转变的调节机制仍然在很大程度上是未知的。迄今为止，溶原-裂解决定仅在超嗜热泉古菌病毒SSV1和嗜盐广古菌病毒SNJ1两种温和古菌病毒中得到研究。在SSV1中，病毒编码的转录调控因子F55与宿主RadA蛋白形成复合体，抑制病毒复制途径基因的表达。当紫外线诱导宿主DNA损伤时，RadA被招募到单链DNA区域，导致F55 - RadA复合物解离。该事件导致F55从其靶DNA位点解离，导致转录去抑制和病毒活跃繁殖。在SNJ1中，病毒编码的抗毒素MazE超家族蛋白作为主调控因子抑制病毒裂解途径基因。DNA损伤剂丝裂霉素C ( MMC )处理导致SNJ1复制的重新激活，但其机制尚未被探索。

多形性包膜病毒科( Pleolipoviridae )包括感染嗜盐古菌的非裂解性包膜病毒，是嗜盐古菌的优势病毒类型之一。目前在病毒科内有Alpha -、Beta -和Gammapleolipovirus三个属。多形性病毒科不同属的病毒有一个保守的编码结构蛋白的基因簇和一个可变的、很大程度上编码不同功能的属特异性区域。尽管大多数分离的Pleolipovirus不编码整合酶，但相关的原病毒在嗜盐古菌基因组中高度丰富。SNJ2 ( Betapleolipovirus属)是整合到Natrinema sp. J7甲硫氨酸tRNA基因中的具有代表性的温和多形性病毒。

在MMC处理后，SNJ2被重新激活，病毒粒子释放而不裂解细胞，推测是通过出芽方式。SNJ2基因组的整合和切离是由病毒编码的整合酶Int^SNJ2介导的，它代表了一个新的酪氨酸重组酶家族。基于此，该研究探讨了溶原诱导开关的调控机制，发现了一个由3个病毒基因组成的调控模块，其中包括一个与细胞AAA + ATPase Orc1/Cdc6蛋白同源的基因（起始识别复合体1/细胞分裂控制蛋白6），该基因是宿主复制体负责原点识别和解旋酶装载的关键组分，响应宿主DNA损伤并控制SNJ2从溶原状态到诱导状态的转换。这个三基因调控模块在Betapleolipovirus属的原病毒中广泛保守，表明这些嗜盐古菌原病毒采用共同的策略来调控它们的生命周期。

 

小 结

该研究发现多形性包膜病毒介导的DNA损伤信号通路参与控制温和病毒溶原诱导开关，拓展了人们对病毒与宿主之间相互作用关系的认识。该工作得到国家自然科学基金面向项目和病毒学国家重点实验室自主研发课题基金的支持。博士生陈钊为该论文的第一作者，陈向东教授和杜世燊研究员为共同通讯作者。

 

 

参考信息：

 

https://doi.org/10.1093/nar/gkad125