沉默信息调节因子7(SIRT7)调控乙型肝炎病毒转录复制及机制研究

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慢性乙型肝炎病毒(Hepatitis B virus,HBV)感染是是世界范围内的一个重大公共卫生问题,全球慢性HBV感染者高达2.4亿之多,每年约有65万人死于HBV感染所导致的各种终末期肝病肝病。HBV在我国的流行形势也十分严峻,我国现有慢性乙型肝炎患者2000余万人,病毒携带者基数则高达8600万,尽管疫苗的广泛应用使我国新发感染者得到明显控制,但仍存在携带者转变为现症患者的潜在风险,未来一段时期内乙肝患者数量仍然十分庞大。因此,乙型肝炎防治任务目前还非常艰巨。目前,临床上用于治疗乙型肝炎的药物主要有干扰素和核苷类似物。然而,干扰素仅对不到30%的患者效果明显,且副反应较大,应用受到一定限制;核苷类似物治疗疗程长,易出现病毒耐药和停药后病毒学反弹。因此要进一步提高乙肝现症患者的治疗效果,需要充分认识病毒在体内的复制调控机制,以发展新的治疗手段和策略。HBV进入肝细胞后,其基因组松弛环状DNA(rc-DNA)进入肝细胞核,转变为共价闭合环状DNA(cccDNA),cccDNA在组蛋白、非组蛋白的参与下,形成cccDNA微染色体结构,并作为模板转录出HBV各种RNA。在病毒这一复杂的转录复制过程中,需要许多宿主因子参与调控。sirtuins是一类高度保守的尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依赖性酶,广泛参与各种生理过程,比如基因组稳定性、抗应激、能量代谢、肿瘤发生等。我们课题组前期研究发现在HBV感染细胞模型中过表达SIRT3和SIRT7能显著降低HBV RNAs的水平,提示SIRT3和SIRT7可能参与HBV复制和转录过程,而本文则着重探讨SIRT7对HBV复制转录的调控作用,并深入阐明SIRT7调节HBV复制转录的具体机制。本研究分为两个部分,其中第一部分为研究SIRT7对HBV复制和转录的影响,包括以下几个方面:(1)在HBV感染细胞模型HepG2-NTCP中,分别过表达SIRT1-7,Real-time PCR检测sirtuins各个成员对HBV RNAs水平的影响。(2)在HBV感染的HepG2-NTCP、PHH细胞中转导靶向沉默SIRT7的shRNA干扰慢病毒,Western blot检测SIRT7干扰效率,Real-time PCR和Northern blot、Southern blot、Taq-man探针PCR、ELISA分别检测干扰细胞内源性SIRT7对HBV RNAs水平、HBV core DNA水平、HBV cccDNA水平和HBV抗原分泌的影响。(3)在HBV感染的HepG2-NTCP、PHH细胞中分别转导SIRT7及其酶活性突变体SIRT7H187Y/S111A过表达慢病毒,检测一系列HBV转录和复制相关的指标。在这部分的研究中,我们筛选出SIRT3、SIRT7能显著抑制HBV RNAs的水平;干扰SIRT7能显著促进HBV感染细胞中HBV RNAs水平、HBV core DNA水平、HBV抗原分泌、HBV RNAs/cccDNA比例(指示cccDNA转录活性);过表达SIRT7明显抑制了HBV感染细胞中HBV RNAs水平、HBV core DNA水平、HBV抗原分泌、HBV cccDNA转录活性,但其酶活性突变体SIRT7H187Y/S111A对上述病毒学指标没有明显作用。以上结果表明SIRT7可能依赖于其酶活性,抑制cccDNA的转录活性,从而抑制HBV复制和转录。已有文献报道SIRT7具有多种酶活性:作为组蛋白去乙酰化酶,催化H3K18去乙酰化;作为组蛋白去琥珀酰化酶,催化H3K122去琥珀酰化。那么SIRT7是否可以使HBV cccDNA微染色体上的组蛋白去乙酰化或去琥珀酰化,进而抑制cccDNA的转录活性呢?基于以上猜想和前期结果,我们展开了本研究的第二部分,阐述SIRT7调控HBV复制和转录的分子机制:(1)细胞免疫荧光对SIRT7进行定位分析。(2)CHIP实验分析SIRT7是否调节了与cccDNA结合的H3/H4乙酰化水平。(3)CHIP-seq实验分析HBV cccDNA上是否存在琥珀酰化修饰,CHIP实验分析SIRT7是否调节了cccDNA上组蛋白的琥珀酰化水平。(4)CHIP实验分析SIRT7是否影响甲基化酶、RNA聚合酶II与cccDNA的结合。(5)IP、CHIP、免疫荧光实验分析SIRT7是否依赖于病毒蛋白(HBc、HBx)结合于cccDNA。我们的实验结果显示:SIRT7主要定位在细胞核仁内,但细胞核质内也有大量分布;CHIP实验显示SIRT7虽然能使cccDNA微染色体上的H3去乙酰化,但并不改变cccDNA上H3K18乙酰化水平;CHIP-seq实验显示H3K122琥珀酰化修饰存在于HBV cccDNA微染色体上,且CHIP实验表明SIRT7能明显使cccDNA上H3K122去琥珀酰化;SIRT7过表达后,甲基化酶SUV39H1与cccDNA结合增加、SETD2与cccDNA结合减少,进而导致cccDNA上抑制性标志物H3K9三甲基化水平增加,活化性标志物H3K36三甲基化水平降低;过表达SIRT7后,HBV cccDNA以上的表观改变导致了RNA聚合酶II与cccDNA的结合减少,cccDNA的转录被抑制;同时我们发现SIRT7与HBc能相互结合,其可能通过HBc结合于cccDNA,从而发挥以上功能。在本研究中,我们发现cccDNA微染色体上存在新的组蛋白修饰:即组蛋白琥珀酰化修饰。SIRT7作为一个组蛋白去琥珀酰化酶,可以协同组蛋白甲基化酶对HBV cccDNA的进行表观调控,进而下调HBV的转录和复制水平。我们的研究加深了对cccDNA微染色体上组蛋白修饰的认识,cccDNA的转录沉默可能是预防或治疗乙肝病毒感染的一种新策略。
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