Ataxin-2-like蛋白介导非多聚腺苷酸化呼肠孤病毒mRNA翻译的新机制

《Nature Communications》：Ataxin-2-like promotes translation of nonpolyadenylated reovirus mRNA

哺乳动物正呼肠孤病毒（reovirus）的mRNA缺乏3′端多聚腺苷酸（poly[A]）尾巴，但其翻译效率却异常高效。为解析这一矛盾现象，研究人员通过BioID筛选发现应激颗粒蛋白Ataxin-2-like（ATXN2L）与病毒工厂形成蛋白μNS互作，并定位至病毒工厂。基因敲除实验证实ATXN2L通过其RNA结合域LSm与病毒mRNA的3′端保守序列（5′-UCAUC-3′）结合，招募eIF4G复合物，特异性促进非多聚腺苷酸化病毒mRNA的翻译。该研究揭示了宿主因子在病毒mRNA翻译中的新型调控机制，为理解非经典翻译通路提供了新视角。

　　

哺乳动物正呼肠孤病毒（reovirus）是一种双链RNA病毒，其基因组复制、蛋白合成和病毒颗粒组装均发生在由非结构蛋白μNS形成的病毒工厂（viral factories, VFs）中。尽管reovirus的mRNA具有5′端帽子结构，却缺乏真核生物mRNA典型的3′端多聚腺苷酸（poly[A]）尾巴。在真核细胞中，poly(A)尾巴与poly(A)结合蛋白（PABP）结合，并通过与eIF4G互作形成mRNA闭合环状结构，显著提升翻译效率。然而，reovirus的mRNA如何在不依赖PABP的情况下实现高效翻译，一直是未解之谜。

为揭示这一机制，匹兹堡大学医学院Terence S. Dermody团队在《Nature Communications》发表研究，通过邻近标记技术（BioID）筛选μNS的互作蛋白网络，发现应激颗粒（stress granule, SG）相关蛋白Ataxin-2-like（ATXN2L）是病毒工厂的关键宿主因子。进一步实验表明，ATXN2L通过其RNA结合域LSm与reovirus mRNA 3′端保守序列结合，并招募eIF4G翻译起始复合物，特异性促进非多聚腺苷酸化病毒mRNA的翻译。

关键技术方法

本研究主要采用以下实验策略：

1. 1.
   基于BioID的蛋白质互作筛选，鉴定μNS的宿主互作蛋白；
2. 2.
   CRISPR/Cas9基因敲除与回补实验，验证ATXN2L对病毒复制的必要性；
3. 3.
   免疫共沉淀与RNA pull-down技术，分析ATXN2L与病毒RNA及翻译因子的结合；
4. 4.
   多核糖体图谱分析（polysome profiling），评估病毒mRNA的翻译效率；
5. 5.
   纳米荧光素酶报告系统，直接比较非多聚腺苷酸化与多聚腺苷酸化mRNA的翻译差异。

研究结果

1. μNS BioID筛选鉴定应激颗粒与翻译相关蛋白网络

通过将BirA生物素连接酶与μNS融合表达，研究人员在reovirus感染的细胞中富集病毒工厂相关蛋白。质谱分析鉴定出50个独特候选蛋白，基因本体（GO）富集分析显示这些蛋白显著富集于转录后调控、翻译起始和应激颗粒组装等过程。STRING聚类分析进一步揭示一个包含G3BP1、eIF4G1、eIF4G3和ATXN2L的相互作用网络，提示SG蛋白在病毒翻译中可能发挥重要作用。

2. ATXN2L与μNS互作并定位于病毒工厂

免疫共沉淀实验证实ATXN2L与μNS直接结合，且其互作依赖于μNS的羧基末端区域（残基472-721）。免疫荧光显示，在感染细胞中，ATXN2L从胞质弥散分布转为聚集于μNS标记的病毒工厂内，表明ATXN2L被招募至病毒复制中心。

3. ATXN2L是reovirus复制的关键宿主因子

siRNA敲低或CRISPR/Cas9敲除ATXN2L显著抑制病毒复制（滴度下降约100倍），而回补野生型ATXN2L可恢复病毒产量。值得注意的是，其同源蛋白ATXN2的敲低并不影响病毒复制，表明ATXN2L功能具有独特性。病毒吸附与衣壳解离实验证实ATXN2L不影响早期感染步骤。

4. ATXN2L的LSm结构域介导病毒RNA结合与翻译

结构域缺失实验发现，缺失LSm或LSmAD结构域会削弱ATXN2L与μNS的互作及病毒复制能力，而PAM2基序（负责与PABP结合）的缺失无显著影响。RNA免疫沉淀显示ATXN2L通过LSm域结合reovirus mRNA的3′端保守序列（5′-UCAUC-3′），且该结合在感染条件下增强。

5. ATXN2L特异性促进非多聚腺苷酸化mRNA翻译

多核糖体分析显示，ATXN2L敲除细胞中病毒mRNA的多核糖体结合减少，而全局翻译未受影响。此外，ATXN2L在感染条件下与eIF4G1/eIF4G3共沉淀，并富集于多核糖体组分。通过构建NanoLuc报告基因系统，研究人员直接证明ATXN2L仅促进携带天然reovirus 3′UTR（无poly[A]尾巴）的mRNA翻译，而对多聚腺苷酸化版本无作用。

结论与意义

本研究首次揭示ATXN2L作为“分子桥梁”，通过连接病毒mRNA 3′端与翻译起始复合物eIF4G，替代传统PABP功能，驱动非多聚腺苷酸化reovirus mRNA的高效翻译。该机制不仅解释了reovirus在宿主细胞内高效复制的关键环节，也为理解其他缺乏poly(A)尾巴的mRNA（如组蛋白mRNA）的翻译调控提供了新思路。此外，ATXN2L与病毒工厂的关联提示生物分子凝聚体（biomolecular condensates）在病毒生命周期中的重要作用，为开发靶向病毒翻译的抗病毒策略提供了潜在靶点。