Nat Microbiol | Polysome profiling应用：宿主和病毒mRNA的不同非经典翻译起始方式

多数病毒通过抑制宿主蛋白质合成（shutoff）来削弱免疫反应，并优先利用核糖体翻译病毒mRNA。除调控mRNA生成与稳定外，病毒也可通过干扰宿主翻译起始机制实现选择性关闭。大多数宿主mRNA依赖帽结构及多个起始因子（如eIF4F、eIF3）进行翻译，eIF3可同时结合40S核糖体、mRNA及eIF4F。

RNA病毒常破坏eIF4F并通过IRES元件绕过其依赖维持自身翻译，而大多数DNA病毒在细胞核中复制并产生带帽mRNA，主要通过抑制宿主mRNA生成诱导shutoff。

痘苗病毒（VacV）是可在胞质内复制的DNA病毒，拥有自主的转录和加帽机制，其早期mRNA与宿主mRNA共同翻译。感染后期，VacV通过去帽酶降解宿主mRNA，并依赖5′ polyA-前导序列与核糖体蛋白修饰，采用帽非依赖的翻译起始方式。

尽管整体翻译关闭，部分宿主mRNA（如编码线粒体蛋白的）仍可逃逸并继续翻译。VacV感染下，线粒体mRNA表达下降但翻译效率升高，表明翻译调控可能影响蛋白表达谱。但在9000种蛋白中，仅约70种显著上调，具体机制尚不清楚。

文章索引

【IF】30.96

研究结果

先前VacV感染的核糖体研究多集中于早期（2–8小时），而翻译抑制在16–24小时更明显。

作者在24小时对HAP1细胞进行Polysome profiling多聚核糖体分析，发现感染样本中大部分RNA为病毒mRNA。未感染细胞的80S核糖体富集的TOP结构宿主mRNA在感染后显著减少，而部分如JUN和HSPA6的mRNA在转录和翻译水平均上升。

PCR验证显示GAPDH表达下降，JUN和热休克蛋白mRNA上升。尽管一些mRNA翻译效率预测升高，但因总量下降，蛋白产出未必增加。JUN蛋白显著增加，HSP40和线粒体蛋白变化有限，该现象在多种细胞类型及另一痘病毒感染中均有类似表现。

综合分析表明，JUN是VacV感染中转录和翻译双重上调的关键宿主基因。

二. JUN与病毒5′非翻译区采用不同的起始机制

JUN基因的5′ UTR高度有结构性，含有与eIF3亚基eIF3d结合的茎环区，支持一种替代的帽依赖起始方式。

作者利用SV40启动子的报告基因检测，发现感染促进了JUN-S（茎环区）和JUN-L（全长）报告基因表达，但只有JUN-L的激活出现在感染晚期，且自然存在于感染细胞中。

当敲低eIF3d或eIF3a后他们发现，JUN蛋白表达不受影响，而晚期病毒蛋白依赖eIF3a和RACK1。RACK1缺失不影响JUN表达，反而使其基础水平升高，但减少病毒蛋白。不同5′ UTR的报告基因活性与原生蛋白表达一致，表明5′ UTR决定了病毒和JUN mRNA在感染期间不同的翻译启动策略。

三. eIF3与病毒修饰的40S核糖体有关

VacV修饰的RACK1磷酸模拟体改变了40S核糖体头部的摆动运动，并支持非经典的翻译起始。然而，感染过程中是否发生类似变化尚不清楚。

研究团队通过冷冻电镜分析了来自假感染和VacV感染细胞中带Flag标签的RACK1结合的40S核糖体结构，发现感染组中eIF3结合的40S头部摆动幅度明显增大，且运动方向不同，表明痘病毒感染改变了eIF3对40S头部运动的调控。

这种构象灵活性的增强，可能促进病毒mRNA的非经典eIF3依赖起始，而JUN的5′ UTR则在此条件下对eIF3的依赖减少。

四. JUN依赖eIF4A且促进病毒扩散

作者用Rocaglamide A (RocA) 抑制eIF4A，发现其能抑制JUN及病毒蛋白的翻译，显著降低病毒蛋白合成和积累。RocA处理还降低了Jun和某些热休克蛋白（HSP）的表达。

HSF-1抑制剂KNK437同样抑制了Jun诱导和病毒晚期蛋白的表达。敲低JUN不影响病毒高MOI条件下的复制，但显著抑制了低MOI多轮感染中的病毒扩散，表明JUN及部分热休克蛋白参与促进病毒传播。

总结

本研究发现病毒抑制宿主蛋白合成，但部分宿主mRNA（主要是JUN）仍被翻译。病毒mRNA翻译依赖RACK1和eIF3，JUN翻译则依赖较少。冷冻电镜显示感染使结合eIF3的40S核糖体结构发生变化，揭示病毒和宿主蛋白在宿主关停期采用不同翻译机制。

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