90后博士生一作發(fā)《Cell》！同濟大學翁志萍教授團隊破解世界難題！
基因組中普遍存在著一類跳躍基因，稱為轉(zhuǎn)座子或跳躍子，它們絕大部分來源于幾十萬年前甚至數(shù)百萬年前的病毒入侵，雖然接受了宿主基因組的教化，卻仍未泯滅入侵的本性，時不時在基因組中四處找地占座。這種轉(zhuǎn)座行為可能會影響基因組的穩(wěn)定性，導致多種疾病的發(fā)生，如發(fā)生在生殖細胞中，則導致不育。在百萬年的斗爭中，生殖細胞進化形成了一類長度僅24-32堿基的小RNA，被稱為piRNA，可以抑制轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座行為。如果說抗生素是有機體抵抗細菌入侵的強力武器，那么piRNA是病毒入侵后生殖細胞中產(chǎn)生的護衛(wèi)隊。但piRNA如何應(yīng)對病毒入侵的機制仍然不得而知。10月10日，我?？妥淌谖讨酒悸?lián)合美國馬薩諸塞州大學醫(yī)學院 William E. Theurkauf教授及澳洲昆士蘭大學的Keith Chappell研究員在國際權(quán)威期刊《Cell》上聯(lián)合發(fā)表了題為“The piRNA Respond to Retroviral Invasion of the Koala Genome”（ 考拉基因組對逆轉(zhuǎn)錄病毒入侵的piRNA應(yīng)答）的論文， 通過研究KoRV入侵考拉基因組首次成功揭示了從昆蟲到后生哺乳動物中普遍存在的piRNA對于逆轉(zhuǎn)錄病毒侵入機體的應(yīng)答機制。KoRV是一種在近200至40,000年侵入考拉的γ逆轉(zhuǎn)錄病毒，不僅可以在感染個體的基因組內(nèi)轉(zhuǎn)座（以轉(zhuǎn)座子的方式整合到考拉基因組），還可以感染其他個體（種群內(nèi)的“水平”轉(zhuǎn)移），并且遺傳給子代（“垂直”轉(zhuǎn)移）。研究者發(fā)現(xiàn)，KoRV在考拉中活躍表達并正在橫掃整個澳大利亞的考拉種群，文章確認了KoRV平行且高效地入侵不同的考拉個體的方式，并在進一步的研究中發(fā)現(xiàn)， KoRV在利用考拉的“工作坊”進行自身的增殖的過程中，會形成兩類轉(zhuǎn)錄本，一類轉(zhuǎn)錄本會被剪切，編碼病毒外殼；另一類轉(zhuǎn)錄本則不剪切，編碼病毒核心元件。有趣的是，在考拉的生殖細胞中，這一類不被剪切的轉(zhuǎn)錄本，被策反成功，加工成了piRNA，成為清掃KoRV病毒入侵的主力軍。由于這些piRNA的序列與KoRV基因的序列相同，被稱為正向piRNA，這與之前報道的反向piRNA（與基因序列互補）沉默轉(zhuǎn)座子認知大相徑庭。為了確認這個現(xiàn)象的普遍性，文章對從昆蟲到人等其他7個物種做了同樣的分析，發(fā)現(xiàn)這種未剪切轉(zhuǎn)錄本形成的正向piRNA普遍存在于昆蟲到后生哺乳動物中。該研究團隊認為，“繞過剪切”是一個在進化上保守的分子特征，這個分子特征可能是生殖細胞將病毒轉(zhuǎn)錄本策反成正向piRNA護衛(wèi)隊的關(guān)鍵，繞過剪切的策反機制相當于機體的”初級”免疫應(yīng)答。正向piRNA會進一步指導反義piRNA（互補鏈）的生產(chǎn)，在生殖細胞中建立序列特異性的”次級”免疫應(yīng)答。通過“初級”免疫應(yīng)答降低病毒的增殖速度，并通過“次級”免疫應(yīng)答中和病毒的毒性，宿體有效地抑制病毒的入侵，并維持基因組的穩(wěn)定性。該研究巧妙地利用了正在入侵考拉基因組的逆轉(zhuǎn)錄病毒，發(fā)現(xiàn)并證實了生殖系統(tǒng)對于病毒入侵的應(yīng)答機制，為病毒入侵的防御應(yīng)答及調(diào)控等研究打開了新思路，具有深遠影響及意義。我校生命科學與技術(shù)學院2014級直博生余天雄與馬薩諸塞州大學醫(yī)學院研究助理Birgit S. Koppetsch為本文的共同第一作者。我校翁志萍教授、馬薩諸塞州大學醫(yī)學院William E. Theurkauf教授與昆士蘭大學Keith Chappell研究員為本文的共同通訊作者。此研究工作得到了國家自然科學基金、國家CSC留學基金委及美國NIH基金的支持。
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