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RNA“插手”后 防御病毒不再依赖免疫系统

作者:万宇助孕网时间:2019-09-06 19:37:37热度:91693
RNA“插手”后防御病毒不再依赖免疫系统本报记者张佳星近日,《科学》杂志在线发表了曹雪涛团队的重大成果,他们首次提出并证实新型表观代谢抗病毒机制。在生物学的“中

  RNA“插手”后 防御病毒不再依赖免疫系统

  本报记者 张佳星

  近日,《科学》杂志在线发表了曹雪涛团队的重大成果,他们首次提出并证实新型表观代谢抗病毒机制。

  在生物学的“中心法则”里,核糖核酸(RNA)一直饰演信息传递者、装配工具的角色,多年未摆脱“跑龙套”的定位。随着表观遗传学的诞生与发展,人们逐渐意识到跑了多年龙套的RNA其实法力无边,堪比“暗黑教主”。

  近日,《科学》杂志在线发表了中国工程院院士、南开大学校长曹雪涛团队的最新论文《m6A RNA修饰介导的细胞代谢重塑抑制病毒复制》,他们进一步证实了RNA调控的强大力量,研究表明通过RNA的甲基化修饰(添加或去除甲基基团改变遗传物质活性和构象)能够改变细胞代谢状态和影响代谢产物,最终抑制了病毒复制。

  这一将表观遗传与代谢领域相连接的新发现,创造性地证实了一种全新的表观代谢机制,也从抗病毒的角度表明,细胞在不依赖天然免疫的情况下,可以经由RNA表观调控的途径,抵御病毒感染,具备“内外兼修”的抗病毒战略。

  另辟蹊径 寻找免疫非依赖的抗病毒路径

  “天然免疫功能促成干扰素的产生是机体抗病毒的主要方式,这种方式目前研究得相对透彻,但临床上的一些现象引发了我们对天然免疫非依赖的抗病毒机制的思考。例如干扰素进行抗病毒治疗的效果有限,且可能仅对一部分人有效。”曹雪涛表示,这表明,产生干扰素一定不是唯一的抗病毒途径,可能存在其他的非经典的抗病毒路径,甚至是不依赖于免疫系统的抗病毒模式。

  带着来自临床的科研问题,上述论文第一作者、中国医学科学院基础医学研究所免疫学系博士生刘洋开启了一个与免疫学实验室中有些“大相径庭”的探索——寻找免疫非依赖的抗病毒路径。

  原创性科研成果的发现很像“探矿”。在已经被同行摸透的研究领域,要另辟蹊径到科研的“不毛之地”,才能寻找到答案。

  “在大的科学框架下,我们要选择一个方向入手。当年RNA修饰才被学界关注不久,该领域还有很多科学问题尚是空白。”刘洋回忆,当时RNA的甲基化修饰也刚刚被发现既可以“甲基化”也可以“去甲基化”,证明机体可以通过对RNA修饰的动态调整来调控生命活动。

  那么,它们调控的生命活动中有没有和抗病毒相关的呢?曹雪涛团队在国家自然科学基金委基础科学中心项目、中国医学科学院医学与健康科技创新工程资助下,决定开始进行筛选。

  在一个完全未知的领域探索,最困惑的是“第一步”迈向哪里。在曹雪涛的指导下,刘洋选择了在哺乳动物体内发生频繁的一种甲基化修饰类型进行研究。刘洋解释,普遍存在意味着它是重要的。

  为了判断“第一步”的方向对不对,刘洋对病毒感染的细胞进行“摸脉”。“我希望看到的是病毒感染后,病毒的含量和甲基化修饰的程度是相关联的。”

  “RNA修饰相关的研究技术比较难,修饰水平的检测虽然是个小实验,但是我们的实验室之前并没有做过,如何检测之前并没有经验。”刘洋说,从免疫走出去,需要学习很多新的技术。

  通过学习大量的参考文献,刘洋找到了适用技术,并反复试验摸索出匹配的参数,最终建立了技术体系、获得了正相关的结果。

  至此,凭借着对生命科学研究的经验基础和敏锐,在前沿领域的“不毛之地”迈出的“第一步”走对了!

  寻求真相 RNA甲基化调控代谢抵抗病毒

  “当时人们发现了5种酶与RNA的甲基化修饰相关。”刘洋说,3种是甲基化转移酶,2种是去甲基化酶,要证明一个要素是否重要,就看它“缺席”时会发生什么。

  研究者把所有5种酶都进行了“敲低”操作,发现只有RNA去甲基化酶ALKBH5(以下简称A5)“缺席”时,病毒含量比不缺席时显著下降。至此,机制的核心元件浮出水面。

  接下来的问题是:A5在机体里做了什么,修饰了哪些基因的RNA?

  在复杂的机体里,一个核心酶变化的影响犹如多米诺骨牌,牵动的是成百上千的通道变化。

  “通过甲基化抗体将其中的变化‘钓’出来,并进行测序分析,然后定位对哪些基因产生影响。”刘洋说,“这些新技术需要从头探索与建立,包括试剂量等体系的构建。我也是结合了大量文章报道进行实验,比较哪个方案最可行。”

  可行与否的答案却不是当时能够判断的。“需要生物信息学的分析判断,要达到一定的指标,才能确定实验体系是否建立成功以及实验结果是否可信可用。”刘洋说,国内在这方面的研究不多,为此团队与曾在国外大学从事过研究的生物信息领域专业分析人员合作,组成新的联合实验团队。“我负责前期的生物学实验,合作方完成甲基化测序的生物信息学方面的大数据分析工作。”

  在得到的生物信息基础上,团队对数据进行了分析挖掘,再通过相互的交流讨论,来看看究竟有哪些线索。“我们要寻找的是A5影响下甲基化修饰以及表达水平发生变化的转录本。”刘洋说,数据分析显示,A5的影响下,改变了很多,但是改变最大的前十名通路中,有多个与代谢相关,这为团队下一步研究工作进一步指明了方向。

  不断的探索带给团队的是更深的“蓝海”。“代谢是与免疫不同的另一个大领域。”刘洋说,表观修饰通过调控代谢来影响病毒感染是没有人作过的领域,这让团队非常感兴趣。“但我也感觉到很大的压力,需要接触全新的领域与建立新的技术体系,例如对代谢相关背景知识的学习以及建立靶向代谢组学等代谢相关检测体系。”

  团队进一步对代谢相关的基因进行功能筛选,发现RNA甲基化发挥功能时将“触角”伸入细胞的代谢路径,改变了代谢产物,产生了抑制病毒复制的效果。新机制的运行路径可概括为:宿主细胞一旦被病毒感染,就会抑制去甲基化酶ALKBH5活性,使得相关代谢靶分子的RNA甲基化修饰增强,进而被识别降解,从而改变细胞代谢状态和降低代谢物衣康酸的生成量,最终抑制了病毒复制。

  共同验证 三种测序方法证明新机制正确

  “我们除了要证明新发现的机制是调控病毒感染的关键,还要探索它与免疫的关联。”刘洋说,“我们进行了细胞水平、体内水平的检测。”

  “免疫水平的检测是我们实验室的老本行。”刘洋说,“如果A5缺失后抑制病毒的效应是通过免疫功能来实现,那么相关免疫信号应该是增强的。但我们发现免疫功能没有变强,反而降低了。”

  侵染了病毒,免疫反而“偃旗息鼓”了。这个有违免疫常识的发现,既让刘洋兴奋,也让她百思不得其解。

  “当时,我对‘天然免疫非依赖’的概念还不能完全理解。这个逻辑要怎么说得通呢。”刘洋说,她向导师曹雪涛汇报了这个不能理解的现象。

  “曹老师启发我说,免疫效应的减低可能是由于A5缺失的细胞中病毒量降低了,少量的病毒无法有效活化免疫应答。”刘洋回忆。

  人们往往会在已经习得的经验与新的发现之间产生迷惑,而在实验准确性基础上的追本溯源,将有助于突破传统、产生创新。

  新机制的验证往往更加严苛。“论文在《科学》杂志的审阅阶段,审稿人提议利用另一种被称为iCLIP测序的方法验证A5酶确实主要通过调控目标RNA来发挥作用。”刘洋说,尽管之前的RNA测序与m6A测序等方法已经能够证明这一问题,但同步证明将为研究成果给予更坚实的证据。在后续实验中,iCLIP也确实让研究团队明确地看到了A5酶与目标RNA的直接作用。

  代谢系统和免疫系统不再是泾渭分明的两大体系。新型表观代谢机制的提出,不仅提出了宿主细胞通过表观修饰与代谢重塑交叉调控机制抑制病毒复制的新观点,也让人们更深刻地理解了机体内部的广泛关联性和不可分割性,为现代医学的发展给出启示。