解析人呼吸道合胞病毒转录调节因子 NS1 与 MED25 相互作用的分子机制，助力攻克病毒感染难题

《Nature Communications》：Molecular basis for human respiratory syncytial virus transcriptional regulator NS1 interactions with MED25

呼吸道合胞病毒（hRSV）感染危害大且现有疫苗存在保护缺口。为探究 hRSV 感染时宿主与病毒的相互作用，研究人员开展 hRSV 非结构蛋白 1（NS1）与 MED25 相互作用的研究。结果揭示了二者相互作用的分子机制及对宿主基因转录的影响，为相关防治策略开发提供依据。

　　在全球范围内，人呼吸道合胞病毒（hRSV）感染是一个不容忽视的健康问题。它就像一个隐藏在暗处的 “健康杀手”，给人类带来了沉重的负担。在美国，hRSV 是导致婴儿住院的首要原因；全球每年有超过 360 万 5 岁及以下儿童因 hRSV 感染而住院。hRSV 引发的下呼吸道感染，主要侵袭幼儿、老年人以及免疫系统受损的人群。感染后的症状通常类似普通感冒，但严重时可能发展为细支气管炎和肺炎。尽管目前已经有三种 hRSV 疫苗获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于成年人，一种用于孕妇，但幼儿群体仍然缺乏有效的保护。这意味着我们对 hRSV 感染过程中宿主与病毒的相互作用了解还不够深入，迫切需要进一步研究，以开发更多对抗 hRSV 的方法，提高现有疫苗和治疗手段的效果。

为了解开 hRSV 感染的奥秘，来自华盛顿大学医学院等机构的研究人员展开了深入研究。他们将目光聚焦在 hRSV 的非结构蛋白 1（NS1）与中介体复合物（Mediator complex）的 MED25 亚基之间的相互作用上。研究发现，NS1 能够与 MED25 的激活剂相互作用结构域（ACID）以高亲和力结合，二者结合后会影响宿主基因的转录。这一研究成果发表在《Nature Communications》上，为理解 hRSV 的致病机制提供了新的视角，也为开发更有效的防治策略奠定了基础 。

研究人员在实验过程中运用了多种关键技术方法。在蛋白研究方面，通过克隆、表达和纯化重组蛋白，获取研究所需的 NS1、MED25 ACID 等蛋白；利用体外下拉实验（in vitro pulldown assays）确定蛋白间的直接相互作用；采用等温滴定量热法（ITC）精确测量蛋白结合亲和力；借助尺寸排阻色谱 - 多角度光散射（SEC - MALS）分析蛋白复合物的分子质量和纯度。在基因研究层面，运用染色质免疫沉淀测序（ChIP - seq）、RNA 测序（RNA - seq）和切割靶点释放并使用核酸酶测序（CUT&RUN sequencing），全面分析基因表达和蛋白与染色质的结合情况。同时，使用人气管支气管上皮细胞（hTBECs）作为样本队列来源进行相关实验。

下面详细介绍研究结果：

• NS1 直接结合 MED25 亚基：研究人员通过体外下拉实验发现，MBP 标记的 NS1（MBP - NS1）能够下拉 MED25 ACID，而对照的 MBP 蛋白则不能，证明 NS1 与 MED25 ACID 存在直接相互作用。进一步通过 SEC - MALS 和 ITC 实验表明，NS1 与 MED25 ACID 以 1:1 的化学计量比高亲和力结合（KD?=41±5nM）。
• NS1/MED25 ACID 复合物的结构：解析 NS1/MED25 ACID 复合物的 X 射线晶体结构发现，NS1 和 MED25 ACID 都含有一个核心的七链 β - 桶结构，周围环绕着 α - 螺旋。NS1 跨在 MED25 ACID 的两个表面，通过静电相互作用和疏水相互作用与 MED25 ACID 结合。其中，NS1 的 α3 螺旋在疏水相互作用中起到关键作用，突变 α3 螺旋上的关键残基会显著降低 NS1 与 MED25 ACID 的结合能力。
• NS1 定位于 ATF3 转录因子靶向的基因：通过对 ChIP - seq 和 RNA - seq 数据集的综合分析，研究人员发现激活转录因子 3（ATF3）是与 NS1 和 Mediator 结合的差异表达基因（DEG）靶点最多的转录因子。CUT&RUN 测序实验验证了 ATF3 与 NS1、Mediator 在染色质上的共结合，且这些结合位点与许多免疫反应基因相关，揭示了 ATF3 在 hRSV 感染中的新作用。
• NS1/MED25 ACID 复合物结合 dsDNA 结合的 ATF3：体外下拉实验和 ITC 实验表明，MED25 ACID 和 NS1/MED25 ACID 复合物能够结合 dsDNA 结合的 ATF3，而 NS1 单独不与 ATF3 结合。NS1 与 MED25 ACID 结合会适度降低 MED25 ACID 与 ATF3 的结合亲和力。AP - 1 荧光素酶报告基因实验显示，NS1 通过与 MED25 ACID 相互作用调节 Mediator/TF 定向信号传导和转录，突变 NS1 影响其与 MED25 ACID 的结合，进而影响转录活性和染色质定位。

研究结论和讨论部分指出，该研究首次揭示了 RNA 病毒转录调节因子 hRSV NS1 与 MED25 ACID 结合的 X 射线晶体结构，明确了这种相互作用的特征和功能后果。NS1 通过模仿 MED25 ACID 的结构折叠来靶向 MED25 和与 ATF3 相关的基因，这一发现为深入理解病毒转录调控机制提供了分子基础。同时，研究还发现 ATF3 在 hRSV 感染中具有重要作用，其与 NS1、Mediator 的相互作用参与调节宿主基因表达，包括先天和适应性免疫反应途径。然而，目前仍有一些问题有待进一步研究，例如 NS1 与其他相互作用蛋白的关系，以及 ATF3 在 hRSV 感染中更精确的调控机制等。总体而言，这项研究为开发针对 hRSV 感染的治疗策略提供了潜在的靶点，对推动 hRSV 相关疾病的防治具有重要意义。